Than sạch từ phụ phẩm nông nghiệp

Than không phát thải carbon

“Vật liệu than sinh học và than hydro từ biomass nhằm giảm phát thải CO2 và hiệu ứng nhà kính: Vàng đen của đất” là đề tài nghiên cứu của nhóm Biochar House gồm 7 sinh viên Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh.

Nguyễn Đức Tài, Trưởng nhóm cho biết: Quan sát người nông dân ủ trấu để kho cá, Tài nhận thấy nhiệt độ được duy trì rất lâu, dù không có oxy. Trên thế giới, các loại than sinh học nguồn gốc tự nhiên đã có hàng nghìn năm cũng hình thành trong các miệng núi lửa cháy âm ỉ trong điều kiện thiếu oxy.

Phải chăng, đây là một loại nhiên liệu giàu năng lượng? Tìm đọc các tài liệu liên quan, Tài nhen nhóm ý tưởng sẽ làm ra một loại than sinh học mang nhiều ưu điểm từ phụ phẩm nông nghiệp. Nhóm nghiên cứu đề xuất ý tưởng với giáo viên thì nhận được sự ủng hộ, tạo điều kiện tốt thực hiện.

Theo tìm hiểu của nhóm, phụ phẩm nông nghiệp gồm bã mía, trấu, xơ dừa… có rất nhiều, đặc biệt khu vực Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ. Ước tính cả nước có hơn 40 triệu tấn lúa thải ra 10 triệu tấn trấu/năm, 15 – 20 triệu tấn mía/năm thải ra 5 – 7 triệu tấn bã mía/năm. Từ đây, nhóm nghĩ đến tận dụng nhiên liệu sinh khối làm than sinh học (ủ nhiệt trong môi trường không/thiếu oxy, nhằm giữ lại lượng carbon không phát thải ra ngoài).

“Nếu theo công nghệ đốt có oxy, sản phẩm chính là không khí cháy mang nhiệt, phế phẩm là tro, thì trong công nghệ đốt biochar, sản phẩm chính là than sinh học có hàm lượng carbon cao”, Tài nói. Biochar (than sinh học) về mặt hình thức từ hydrochar (than hydro) giúp giữ lại C trong quá trình đốt sản phẩm gốc thực vật, tạo Carbon trung tính (tuần hoàn), giảm Carbon phát thải và hiệu ứng nhà kính.

Lý thuyết là thế, để tạo ra than thành phẩm không đơn giản. Nguyên liệu như thế, nhưng làm thế nào để tạo thành viên than? Tỉ lệ cấp phối bã mía thế nào để sản phẩm giữ nguyên hình dạng sau khi ủ nhiệt? Nếu viên than có cấu trúc xốp quá lớn thì cơ tính yếu và ngược lại. Làm thế nào để có công thức phối trộn tạo sự cân bằng, sản phẩm vừa chắc, vừa xốp, cấu trúc lỗ liên thông để than đạt nhiệt năng tốt nhất.

Từ cuối năm 2019, sau hơn một năm tập trung nghiên cứu, nhóm đã hoàn thiện quy trình cấp phối, tạo viên và ủ nhiệt bã mía. Viên tạo hình vẫn giữ được cơ tính cho các giai đoạn tiếp theo. Viên biochar thu được có cấu trúc lỗ xốp liên thông tự nhiên, với cấu trúc lỗ xốp nhỏ hơn 1 micromet. Viên sử dụng than sinh học nhiệt trị cao, hoặc carbon hoạt tính dùng vận chuyển thuốc/dược liệu cho vật liệu sinh học.

Quy trình làm than biochar khá đơn giản. Bã mía (hoặc trấu, xơ dừa…) tập hợp vào kho, nghiền nhỏ rồi phơi nắng giảm độ ẩm và sấy khô tách ẩm. Nguyên liệu được đưa vào lò phản ứng để bay hơi ẩm, loại bỏ khí và carbon hóa. Thiết bị làm mát sẽ thổi vào lò phản ứng cuối cùng, qua túi lọc tạo ra tro và biochar. Từ đây nguyên liệu sẽ được tạo viên với các phụ gia kết dính khác nhau nhằm đảm bảo cơ tính trước và sau khi ủ nhiệt.

Nhiều tiềm năng ứng dụng

Than sinh học khi ủ nhiệt đã được làm giàu carbon, hydro, nitơ và loại bỏ ẩm nên sẽ có nhiệt trị cao hơn than nướng BBQ hay than đá. So sánh đốt bã mía thu than sinh học với đốt bã mía theo phương pháp cung cấp oxy lấy nhiệt, lượng carbon trong than sinh học cao hơn 50%.

Loại than này giúp lưu giữ và cố định carbon, giảm phát thải carbon, giảm hiệu ứng nhà kính, giúp chống biến đổi khí hậu mà Việt Nam cam kết thực hiện trong hội nghị COP26 ở Glasgow (Anh) vừa qua.

TS Phạm Trung Kiên, khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh cho biết, than nhiên liệu sinh học có thể dùng trong các nhà máy, khu công nghiệp cần nhiệt như sấy, máy phát điện.

Đây có thể là nguyên liệu cho các nhà máy xi măng sử dụng làm nhiên liệu thay thế than nhập khẩu. Trong y sinh học, sản phẩm làm lõi lọc kháng khuẩn cho khẩu trang, hoặc vải kháng khuẩn trong công nghiệp thực phẩm, có thể làm than hoạt tính rửa đường nâu.

Theo TS Kiên, ở Việt Nam đã tận dụng mã mía đốt phát điện lò hơi ở nhiều nơi. Các nghiên cứu làm than sinh học tương tự cũng đã có. Nhưng khác biệt của nhóm là sử dụng nguyên liệu đó để đốt ủ nhiệt, không phát thải ra môi trường, sản phẩm cuối cùng có phổ ứng dụng rộng.

Có thể kết hợp chất thải khẩu trang y tế, chai nhựa thải PET để giải quyết vấn đề môi trường chất thải y tế, chất thải nhựa. Dự kiến, trong năm 2022, nhóm tiếp tục thử nghiệm các cấp phối ủ nhiệt khác nhau, nhằm tăng lượng carbon, cũng như tăng nhiệt trị của than sinh học. Sản phẩm tham dự cuộc thi Học sinh, sinh viên với ý tưởng khởi nghiệp năm 2021 do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức.