Tiềm năng điện sinh học Việt Nam và châu Á từ rác hữu cơ

Tuy nhiên, theo TS. Syazwani Idrus, chuyên gia về công nghệ sinh học và xử lí chất thải, nhiều dự án đang mắc cùng một sai lầm: Tập trung mở rộng quy mô xử lí thay vì tối ưu hiệu suất chuyển hóa năng lượng. Nếu không thay đổi tư duy, hàng tỉ USD đầu tư vào các nhà máy khí sinh học (biogas) có thể đối mặt với nguy cơ hoạt động kém hiệu quả và khó thu hồi vốn.

Bài toán không nằm ở lượng rác hữu cơ, mà ở cách biến rác thành năng lượng hiệu quả

Trong nhiều năm qua, thành công của các dự án xử lí chất thải hữu cơ bằng công nghệ phân hủy kị khí (Anaerobic Digestion - AD) thường được đánh giá dựa trên hai chỉ số quen thuộc: Khối lượng chất thải được xử lí và lượng khí sinh học (biogas) tạo ra.

Theo TS. Syazwani Idrus, cách tiếp cận này đang trở nên lỗi thời. Điều quyết định hiệu quả kinh tế của một dự án không phải là nhà máy xử lí được bao nhiêu tấn rác mỗi ngày, mà là bao nhiêu phần trăm năng lượng tiềm năng trong số đó thực sự được chuyển hóa thành điện hoặc khí sinh học đạt tiêu chuẩn thương mại.

"Bản thân việc tạo ra biogas chưa phải là thành công. Điều quan trọng là lượng năng lượng cuối cùng có thể đưa lên lưới điện hoặc cung cấp cho khách hàng công nghiệp", bà nhấn mạnh.

Theo vị chuyên gia, nhiều nhà đầu tư tại châu Á vẫn tin rằng chỉ cần xây dựng các bể phân hủy lớn hơn là sẽ tạo ra nhiều khí sinh học hơn và nhanh chóng thu hồi vốn. Thực tế hoàn toàn ngược lại.

Nếu nguyên liệu đầu vào không được phối trộn hợp lí, hệ vi sinh trong bể phân hủy dễ mất cân bằng. Nếu công nghệ làm sạch khí sinh học không đạt yêu cầu, phần lớn giá trị năng lượng sẽ bị thất thoát trước khi đến được tổ máy phát điện.

Điều đó khiến nhiều dự án có công suất thiết kế rất lớn nhưng hiệu quả thương mại lại thấp hơn kì vọng. Theo TS. Idrus, lợi thế cạnh tranh trong giai đoạn tới sẽ không thuộc về doanh nghiệp xử lí nhiều chất thải nhất, mà thuộc về những đơn vị tối ưu được toàn bộ chuỗi giá trị từ nguyên liệu, quá trình phân hủy đến khâu thu hồi năng lượng.

Rác hữu cơ ở châu Á đa dạng nhưng cũng tạo ra những "cái bẫy" công nghệ

Một đặc điểm khiến các mô hình xử lí chất thải tại châu Á khác biệt so với châu Âu hay Bắc Mỹ là nguồn nguyên liệu đầu vào rất đa dạng. Quá trình đô thị hóa nhanh, ngành chăn nuôi phát triển mạnh và sản xuất nông nghiệp quy mô lớn tạo ra nhiều loại chất thải hữu cơ với thành phần hóa học hoàn toàn khác nhau.

Theo TS. Syazwani Idrus, chính sự đa dạng này khiến mô hình chỉ sử dụng một loại nguyên liệu (mono-digestion) không còn phù hợp. Tại Singapore hay Malaysia, rác thực phẩm chiếm tỉ trọng rất lớn. Đây là nguồn nguyên liệu giàu chất hữu cơ dễ phân hủy nên có tiềm năng sinh khí methane cao. Tuy nhiên, rác thực phẩm cũng có tính axit mạnh và tỉ lệ carbon/nitơ mất cân đối.

Nếu liên tục nạp lượng lớn loại nguyên liệu này vào bể phân hủy, axit béo dễ tích tụ nhanh chóng, làm sụp đổ cân bằng sinh học của hệ vi sinh và khiến toàn bộ quá trình tạo khí bị đình trệ.

Ở chiều ngược lại, các quốc gia có ngành chăn nuôi phát triển như Việt Nam, Thái Lan hay Trung Quốc lại sở hữu lượng phân gia súc, gia cầm rất lớn. Nguồn nguyên liệu này giúp duy trì sản lượng đầu vào ổn định nhưng lại chứa hàm lượng nitơ cao do tồn dư axit uric và protein chưa tiêu hóa hết.

Nếu chỉ xử lí riêng phân động vật, nồng độ amoniac sẽ tăng mạnh, gây độc cho hệ vi sinh vật tạo methane và làm giảm đáng kể hiệu suất sinh khí. Một thách thức khác đến từ phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, thân ngô hay bã mía, những nguồn nguyên liệu rất dồi dào tại Việt Nam, Thái Lan, Philippines và Trung Quốc.

Các loại phụ phẩm này chứa lượng carbon lớn nhưng giàu lignin, hợp chất rất khó phân hủy sinh học. Theo TS. Idrus, nếu không áp dụng các công nghệ tiền xử lí bằng nhiệt hoặc hóa chất để phá vỡ cấu trúc lignin, phần lớn tiềm năng năng lượng sẽ bị "khóa" bên trong vật liệu.

Giải pháp được bà đề xuất là phát triển các mô hình đồng phân hủy (co-digestion), kết hợp nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như rác thực phẩm, phân gia súc, nước thải công nghiệp hay phụ phẩm nông nghiệp nhằm cân bằng thành phần hóa học, ổn định hoạt động của hệ vi sinh và tối đa hóa sản lượng methane.

Khoảng cách lớn nhất nằm ở khâu thu hồi năng lượng sau xử lí

Theo TS. Syazwani Idrus, điểm yếu lớn nhất của nhiều dự án điện sinh học tại châu Á không nằm trong bể phân hủy mà xuất hiện sau khi khí sinh học đã được tạo ra. Nhiều nhà máy sản xuất được lượng biogas khá lớn nhưng chỉ chuyển đổi được một phần nhỏ thành điện năng.

Một nghiên cứu vận hành tại nhà máy xử lí nước thải lò mổ quy mô lớn cho thấy khoảng cách đáng báo động giữa tiềm năng và sản lượng thực tế. Về lí thuyết, lượng biogas tạo ra tương đương khoảng 790 kWh năng lượng. Tuy nhiên, điện năng cuối cùng phát lên lưới chỉ đạt khoảng 260 kWh.

Điều này đồng nghĩa gần 67% tiềm năng năng lượng đã bị thất thoát trong quá trình làm sạch khí, nâng cấp chất lượng biogas và chuyển đổi thành điện. Theo TS. Idrus, nguyên nhân chủ yếu là nhiều nhà máy vẫn xem hệ thống làm sạch khí là khoản đầu tư có thể cắt giảm để tiết kiệm chi phí ban đầu.

Trong khi đó, biogas thô tại Đông Nam Á thường chứa hàm lượng lớn CO₂, khí amoniac và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs).

Nếu không loại bỏ các tạp chất này trước khi đưa vào hệ thống phát điện CHP (Combined Heat and Power), động cơ sẽ nhanh chóng bị ăn mòn, hiệu suất giảm mạnh, chi phí bảo trì tăng cao và thời gian dừng máy kéo dài. Đây là lí do nhiều dự án trên giấy tờ có tỉ suất sinh lời hấp dẫn nhưng khi vận hành thực tế lại không đạt hiệu quả tài chính như kì vọng.

Theo TS. Syazwani Idrus, muốn ngành điện sinh học thực sự trở thành trụ cột của quá trình chuyển đổi năng lượng tại châu Á, các nhà đầu tư cần thay đổi tư duy theo ba hướng.

Thứ nhất, xây dựng các trung tâm xử lí theo mô hình đồng phân hủy, tận dụng nhiều loại chất thải hữu cơ khác nhau thay vì chỉ dựa vào một nguồn nguyên liệu.

Thứ hai, coi hệ thống làm sạch và nâng cấp khí sinh học là hạng mục bắt buộc ngay từ giai đoạn thiết kế, thay vì khoản chi phí có thể cắt giảm.

Thứ ba, tập trung nâng cao hiệu suất thu hồi năng lượng sau xử lí thông qua công nghệ tách khí - lỏng tiên tiến, màng nâng cấp khí hiện đại và các hệ thống CHP hiệu suất cao.

Theo bà, mỗi điểm phần trăm năng lượng được thu hồi thêm đều làm tăng đáng kể giá trị kinh tế của toàn bộ dự án.

Thông điệp mà TS. Syazwani Idrus đưa ra cũng phản ánh xu hướng mới của ngành năng lượng tái tạo tại châu Á. Khi nguồn chất thải hữu cơ ngày càng dồi dào, lợi thế cạnh tranh sẽ không còn đến từ việc ai sở hữu nhà máy lớn nhất hay xử lí nhiều rác nhất.

Thay vào đó, doanh nghiệp chiến thắng sẽ là những đơn vị biết khai thác tối đa giá trị năng lượng từ từng tấn chất thải, giảm thất thoát trong toàn bộ chuỗi công nghệ và biến biogas thành nguồn điện ổn định, hiệu quả và có khả năng cạnh tranh trên thị trường năng lượng. Đây mới là nền tảng để điện sinh học trở thành một mắt xích quan trọng trong quá trình chuyển đổi xanh của khu vực trong những thập kỉ tới.