Quy trình biogas và những thông tin hữu ích bạn nên biết

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về quy trình sản xuất biogas, từ giai đoạn thu thập nguyên liệu, quá trình lên men đến việc xử lý và sử dụng sản phẩm cuối cùng. Đồng thời, Dr.Air cũng sẽ xem xét Quy trình biogas và những thông tin hữu ích bạn nên biết trong việc phát triển năng lượng bền vững trong tương lai.

Khí biogas là gì

Khí Biogas là một loại khí sinh học được tạo ra trong quá trình xử lý kỵ khí, thông qua hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Quá trình này tạo ra một hỗn hợp khí, trong đó thành phần chính là khí mêtan (CH4).

Cụ thể, khí Biogas được sinh ra trong quá trình xử lý chất hữu cơ bằng phương pháp kỵ khí. Quá trình này diễn ra dưới tác động của các vi sinh vật kỵ khí, tạo thành các chất hòa tan và khí. Sản phẩm của quá trình này là một hỗn hợp khí, bao gồm chủ yếu là khí mêtan (CH4), cùng với một số thành phần khác như H2S, CO2, CO, O2.

Khí Biogas có đặc tính là chứa nhiều CH4 nên có khả năng bắt lửa cao. Độ chứa CH4 càng cao thì khả năng bắt lửa càng lớn. Chính vì vậy, khí Biogas có thể sử dụng làm nhiên liệu đốt và chuyển hóa thành điện năng. Đây là một nguồn năng lượng có tiềm năng và đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

>> Xem thêm: nhật ký vận hành hệ thống xử lý khí thải

Vai trò của khí biogas

Vai trò của khí biogas là rất quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sử dụng năng lượng hiệu quả. Mặc dù trong trạng thái nguyên trạng, khí biogas có thể gây độc do chứa các thành phần như mêtan, carbon dioxide, hydrogen sulfide, nhưng khi đã được xử lý và chuyển đổi thành nhiên liệu đốt hoặc dùng để chiếu sáng, nó trở nên hoàn toàn an toàn và thân thiện với môi trường.

Việc sử dụng khí biogas mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Trước hết, nó giúp bảo vệ môi trường bằng cách tái sử dụng các chất thải hữu cơ như phân bò, phân heo, thay vì thải ra môi trường gây ô nhiễm. Thứ hai, khí biogas là một nguồn năng lượng tái tạo, tiết kiệm và giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đang gây ra những tác động nghiêm trọng đến môi trường. Cuối cùng, việc sử dụng biogas làm nhiên liệu, sản xuất điện, phục vụ công nghiệp,… mang lại giá trị kinh tế, tạo ra một nguồn thu nhập thứ hai cho người nông dân.

>> Xem thêm: phương pháp hấp phụ trong xử lý khí thải

Quá trình hình thành khí biogas

Cơ chế hình thành khí biogas là quá trình các chất thải hữu cơ trải qua sự phân hủy dưới tác động của vi sinh vật kỵ khí, tạo thành các sản phẩm trung gian như chất hòa tan và chất khí, sau đó qua các phản ứng hóa học khác nhau sẽ chuyển đổi thành khí CH4 và CO2. Cơ chế này có thể diễn ra thông qua hai con đường chính:

• Quá trình 1

Giai đoạn 1: Acid hóa cellulose, tạo thành acid acetic: (C6H10O5)n + nH2O -> 3nCH3COOH. Acid acetic tạo thành muối: CH3COOH + NH4OH -> CH3COONH4 + H2O.

Giai đoạn 2: Muối hữu cơ thủy phân và lên men khí metan: CH3COONH4 + H2O -> CH4 + CO2 + NH4OH.

• Quá trình 2

Giai đoạn 1: Acid hóa cellulose, tạo thành acid acetic: (C6H10O5)n + nH2O -> 3nCH3COOH. Đồng thời, acid acetic thủy phân tạo ra CO2 và H2: CH3COOH + 2H2O -> 2CO2 + 4H2.

Giai đoạn 2: Tổng hợp khí metan từ phản ứng giữa CO2 và H2: CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O.

Như vậy, cơ chế hình thành khí biogas là một quá trình phức tạp, diễn ra qua nhiều giai đoạn phản ứng hóa học khác nhau, với sự tham gia của các vi sinh vật kỵ khí.

>> Xem thêm: phương pháp hấp thụ trong xử lý khí thải

Một số nhược điểm của khí biogas

Dù khí biogas mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường, quy trình sản xuất vẫn gặp phải một số hạn chế đáng lưu ý:

Chi phí đầu tư cao: Việc thiết lập và vận hành hệ thống sản xuất khí biogas đòi hỏi một khoản đầu tư ban đầu lớn. Thêm vào đó, việc thu hồi vốn có thể diễn ra chậm và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời gian hoạt động, lượng chất thải nạp vào, và hiệu quả của quy trình.

Nguyên liệu hạn chế: Chất thải động vật như phân heo và phân bò có nguồn cung hạn chế, điều này có thể khiến việc sản xuất khí biogas quy mô lớn gặp khó khăn trong việc đảm bảo đủ nguyên liệu.

Hiệu suất không cao: Hiệu suất sản xuất biogas phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng nguyên liệu và điều kiện môi trường. Do đó, hiệu suất sản xuất thường không đáp ứng được nhu cầu sử dụng lớn.

Mùi khó chịu: Chất thải động vật như phân bò và phân heo thường đi kèm với mùi hôi khó chịu. Vì vậy, việc triển khai sản xuất khí biogas cần được sự đồng thuận từ cộng đồng địa phương để tránh gây phiền toái về mùi cho cư dân xung quanh.

>> Xem thêm: phương pháp lọc khí biogas

Ứng dụng của biogas 

Khí biogas có nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp và năng lượng sạch:

• Ứng dụng trong nông nghiệp

Nguồn phân hữu cơ sinh học: Sau khi phân hủy, chất thải còn lại có thể dùng để bón cho cây trồng, cây ăn quả, góp phần khôi phục chất dinh dưỡng của đất.

Nuôi cá: Kết hợp với mô hình vườn – ao – chuồng, giúp tăng nguồn thu nhập và tiết kiệm chi phí chăn nuôi.

• Ứng dụng trong sản xuất năng lượng sạch

Nguồn khí đốt thắp sáng đèn, đun nấu thực phẩm.

Nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong: 1m3 khí biogas tương đương 0,4kg dầu Diesel, 0,6kg dầu hỏa hoặc 0,8 lít xăng.

Nguồn điện sử dụng hàng ngày, sản xuất: 1m3 khí biogas có thể tạo ra 1,25 kWh điện (đủ để thắp sáng bóng đèn 60W liên tục trong 6 giờ).

Vai trò của khí biogas là cung cấp một nguồn năng lượng sạch và tái tạo được, góp phần thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch, đồng thời tận dụng hiệu quả các chất thải nông nghiệp, chăn nuôi để sản xuất phân bón hữu cơ, giúp cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng.

>> Xem thêm: phương pháp xử lý khí thải

Quy trình biogas bao gồm mấy bước

Quy trình sản xuất khí biogas bao gồm các bước chính sau:

Nạp chất thải hữu cơ vào bể phản ứng: Các chất thải như phân động vật, rác thải hữu cơ được dẫn vào bể phản ứng, đầy đến mép của cửa dưới.

Lên men kỵ khí: Sau khi nạp chất thải, cửa bể được đóng kín để tạo môi trường kỵ khí bên trong. Trong giai đoạn này, không có sự dịch chuyển do áp suất chưa thay đổi.

Tạo ra khí biogas: Trong quá trình lên men, vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ, tạo ra các sản phẩm như metan, carbon dioxide và một số khí khác. Áp suất bắt đầu tăng lên do sự tích tụ của khí biogas.

Thu gom và lưu trữ khí biogas: Khi áp suất tích tụ đủ lớn, khí biogas sẽ được đẩy lên phần trên của bể, đồng thời đẩy cặn bã ra ngoài qua cửa xả. Khí biogas được thu gom và lưu trữ trong bể chứa để sử dụng.

Sử dụng khí biogas: Khí biogas được sử dụng làm nhiên liệu đốt, sản xuất điện, hoặc các ứng dụng khác, thay thế các nguồn năng lượng truyền thống.

Quy trình sản xuất khí biogas là một quá trình tuần hoàn, có thể tái sử dụng nguồn nguyên liệu hữu cơ, giúp bảo vệ môi trường và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo.

Một số câu hỏi thường gặp

• Quy trình sản xuất khí biogas bắt đầu từ đâu?

Quy trình sản xuất khí biogas bắt đầu với việc thu gom và chuẩn bị nguyên liệu, thường là chất thải hữu cơ như phân động vật, thực phẩm thừa, hoặc chất thải nông nghiệp. Nguyên liệu được đưa vào hệ thống lên men để sản xuất khí biogas.

• Những yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống biogas?

Hiệu suất của hệ thống biogas phụ thuộc vào chất lượng và tỷ lệ nguyên liệu đầu vào, điều kiện môi trường như nhiệt độ và độ ẩm, cũng như thời gian lên men. Các yếu tố này cần được kiểm soát chặt chẽ để đạt được hiệu quả tối ưu.

• Có cần điều kiện đặc biệt nào để sản xuất biogas không?

Có, để sản xuất biogas hiệu quả, cần duy trì điều kiện môi trường ổn định trong hệ thống lên men. Điều này bao gồm việc kiểm soát nhiệt độ, độ pH, và độ ẩm trong quá trình lên men.

• Có phải tất cả các loại chất thải đều có thể sử dụng để sản xuất biogas?

Không phải tất cả các loại chất thải đều phù hợp cho sản xuất biogas. Chất thải hữu cơ như phân động vật và thực phẩm thừa là nguyên liệu chính. Các chất thải có độ ẩm và hàm lượng dinh dưỡng cao sẽ hiệu quả hơn trong việc sản xuất biogas.

Kết luận 

Quy trình sản xuất biogas là một giải pháp bền vững và hiệu quả trong việc xử lý chất thải hữu cơ, đồng thời góp phần vào việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu ô nhiễm. Qua các bước như thu gom nguyên liệu, lên men kỵ khí và phân tách, biogas không chỉ cung cấp nguồn năng lượng tái tạo cho sinh hoạt và sản xuất mà còn tạo ra phân bón hữu cơ quý giá cho nông nghiệp.

Việc áp dụng quy trình này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho người nông dân và doanh nghiệp mà còn góp phần vào việc hiện thực hóa các mục tiêu phát triển bền vững. Với những tiềm năng to lớn của năng lượng sinh học, cần thiết phải thúc đẩy hơn nữa nghiên cứu, ứng dụng công nghệ và chính sách hỗ trợ để phát triển quy trình biogas, từ đó từng bước chuyển đổi sang một nền kinh tế xanh và sạch hơn trong tương lai.