Năng lượng sinh khối là gì? Ưu nhược điểm và tiềm năng phát triển

Năng lượng sinh khối là dạng năng lượng được tạo ra từ các nguồn tài nguyên hữu cơ, có khả năng tái tạo và đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi sang một nền kinh tế xanh. Để hiểu rõ hơn năng lượng sinh khối là gì? Ưu nhược điểm và tiềm năng phát triển, bạn đọc cùng tham khảo bài viết dưới đây. 

Năng lượng sinh khối là gì?

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ các nguyên liệu hữu cơ, bao gồm thực vật, động vật và chất thải từ các nguồn này có thể chuyển đổi thành nhiệt, điện hoặc nhiên liệu sinh học.

Các nguyên liệu này có thể được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu hoặc chuyển đổi thành nhiều dạng năng lượng sinh học khác nhau, chẳng hạn như nhiên liệu sinh học, khí sinh học và điện sinh học, thông qua các quá trình khác nhau như đốt cháy, lên men và chuyển đổi hóa học.

Việc tận dụng sinh khối để sản xuất năng lượng có tiềm năng lớn trong việc giúp giải quyết các vấn đề về năng lượng toàn cầu, đặc biệt là trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng khan hiếm và biến đổi khí hậu đang trở thành mối đe dọa nghiêm trọng.

Nguồn gốc của năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối được tạo ra từ nhiều nguồn khác nhau trong tự nhiên, bao gồm cả từ thực vật và động vật. 

Sinh khối thực vật: Là một trong những nguồn phổ biến nhất, gồm cây cỏ, gỗ, rơm rạ, lá cây, và thậm chí cả tảo biển. Sinh khối thực vật dễ tái tạo và có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng mà không ảnh hưởng nhiều đến môi trường.

Chất thải từ nông nghiệp và chăn nuôi: Phụ phẩm từ hoạt động nông nghiệp như rơm rạ, bã mía, phân gia súc là những nguồn sinh khối quý giá. Thay vì để lãng phí hoặc gây ô nhiễm môi trường, các phụ phẩm này có thể được tận dụng để tạo ra năng lượng.

Chất thải công nghiệp và đô thị: Sinh khối từ gỗ vụn, giấy và các sản phẩm hữu cơ từ ngành công nghiệp chế biến gỗ, sản xuất giấy cũng là nguồn cung cấp năng lượng tiềm năng. Chất thải đô thị như chất thải thực phẩm, giấy và nhựa sinh học cũng có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh khối.

Các nguồn này có thể được tái tạo liên tục, góp phần vào tính bền vững của năng lượng sinh khối. Tuy nhiên, việc quản lý và khai thác sinh khối phải đảm bảo không làm mất đi nguồn tài nguyên tự nhiên hoặc gây hại đến môi trường.

Ưu và nhược điểm của năng lượng sinh khối

Ưu điểm

Có thể tái tạo

Nhiên liệu sinh khối có sẵn trong tự nhiên, chẳng hạn như trên các cánh đồng nông nghiệp, rừng, chất thải sân vườn, chất thải giấy, chất thải thực phẩm, phân động vật,…

Mặt trời cung cấp năng lượng mà sinh khối cần để phát triển và năng lượng của mặt trời là năng lượng tái tạo, không giống như nhiên liệu hóa thạch. Năng lượng sinh khối phát triển tương đối nhanh, trong khi nhiên liệu hóa thạch mất hàng triệu năm để hình thành.

Giảm thiểu chất thải

Một ưu điểm khác và cũng là lợi thế của năng lượng sinh khối là được sử dụng để tạo ra điện, giúp giảm thiểu chất thải. Năng lượng sinh khối sử dụng các nguyên liệu chất thải hữu cơ, bao gồm chất thải nông nghiệp, chất thải lâm nghiệp và các thành phần hữu cơ của chất thải rắn đô thị. 

Bằng cách chuyển đổi các chất thải này thành năng lượng, các hệ thống sinh khối góp phần giảm chất thải. Đồng thời cung cấp giải pháp thân thiện với môi trường và thay thế các phương pháp xử lý chất thải truyền thống

Trung tính carbon

Khái niệm trung tính carbon trong năng lượng sinh khối liên quan đến chu trình carbon. Khi thực vật phát triển sẽ hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển thông qua quá trình quang hợp. Khi sinh khối bị đốt cháy hoặc chuyển đổi thành năng lượng sinh học, quá trình này sẽ giải phóng carbon dioxide. 

Điều quan trọng là lượng carbon được giải phóng trong quá trình đốt cháy gần bằng với lượng hấp thụ trong quá trình sinh khối phát triển. Điều này khiến năng lượng sinh khối là giải pháp trung tính carbon hoặc ít carbon hiệu quả, góp phần làm giảm lượng khí thải nhà kính so với nhiên liệu hóa thạch.

Lợi ích kinh tế

Ngành công nghiệp năng lượng sinh khối mang lại lợi ích kinh tế bằng cách tạo việc làm trong các giai đoạn khác nhau của chuỗi cung ứng sinh khối, từ trồng trọt và thu hoạch đến chế biến và phân phối. 

Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng sinh khối có nguồn gốc tại địa phương có thể hỗ trợ nền kinh tế địa phương, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng bên ngoài và thúc đẩy phát triển kinh tế khu vực.

An ninh năng lượng

Năng lượng sinh khối giúp tăng cường an ninh năng lượng bằng cách đa dạng hóa hỗn hợp năng lượng. Không giống như nhiên liệu hóa thạch vốn phụ thuộc vào chuỗi cung ứng toàn cầu, các nguồn sinh khối có sẵn tại địa phương. Điều này làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng nhập khẩu. 

Tính linh hoạt

Tính linh hoạt của sinh khối khiến loại năng lượng này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, cung cấp nguồn năng lượng tái tạo linh hoạt và thích ứng cho các nhu cầu năng lượng khác nhau.

Sinh khối rắn: Gỗ, tàn dư từ cây trồng và cây trồng năng lượng có thể được sử dụng để sưởi ấm, nấu ăn và phát điện.

Nhiên liệu sinh học lỏng: Ethanol và biodiesel có nguồn gốc từ sinh khối có thể được sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho xăng và dầu diesel trong lĩnh vực vận tải.

Khí sinh học: Được sản xuất thông qua quá trình tiêu hóa kỵ khí, khí sinh học có thể được sử dụng để sưởi ấm, phát điện và làm nhiên liệu cho xe cộ.

Hóa sinh: Sinh khối có thể được chuyển đổi thành hóa chất, chẳng hạn như nhựa sinh học và vật liệu sinh học, góp phần tạo nên nền kinh tế bền vững và tuần hoàn hơn.

Nhược điểm

Ô nhiễm không khí 

Quá trình đốt sinh khối có thể giải phóng các chất ô nhiễm vào không khí, bao gồm các hạt vật chất, nitơ oxit (NOx) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC).

Mặc dù các công nghệ đốt sinh khối hiện đại sử dụng các biện pháp kiểm soát khí thải tiên tiến, nhưng một số mức độ ô nhiễm không khí vẫn có thể xảy ra, đặc biệt là trong các hệ thống truyền thống hoặc được quản lý kém.

Phát thải khí nhà kính

Mặc dù sinh khối được coi là giải pháp trung hòa carbon trong suốt vòng đời, nhưng quá trình đốt cháy giải phóng carbon dioxide (CO2), methane (CH4) và các khí nhà kính khác. 

Về mặt lý thuyết, lượng carbon thải ra được bù đắp bằng lượng carbon hấp thụ trong quá trình sinh khối phát triển, nhưng nếu quản lý không đúng cách hoặc các quy trình chuyển đổi không hiệu quả có thể dẫn đến sự gia tăng lượng khí thải nhà kính.

Hiệu quả

Các hệ thống năng lượng sinh khối, đặc biệt là các hệ thống đốt truyền thống, có thể cho hiệu suất thấp hơn so với một số nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió hoặc mặt trời.

Mặt khác, các công nghệ chuyển đổi tiên tiến, chẳng hạn như khí hóa và tiêu hóa kỵ khí có thể giúp cải thiện hiệu quả, nhưng việc đầu tư chi phí ban đầu vào các công nghệ này khá cao và phức tạp về mặt kỹ thuật.

Chi phí

Chi phí đầu tư ban đầu để thiết lập các hệ thống năng lượng sinh khối, đặc biệt là các công nghệ tiên tiến tương đối cao. Điều này bao gồm các chi phí liên quan đến thiết bị, cơ sở hạ tầng và xây dựng cơ sở.

Quy trình chuyển hóa sinh khối thành năng lượng

Sinh khối có thể được chuyển đổi thành năng lượng thông qua các phương pháp khác nhau, bao gồm các quy trình sinh hóa và nhiệt hóa.

Phương pháp sinh hóa

Lên men: Quá trình này chuyển đổi đường từ các loại cây trồng như mía hoặc ngô thành ethanol, một loại nhiên liệu sinh học phổ biến. Ethanol có thể được sử dụng thay thế cho xăng hoặc được pha trộn vào xăng để giảm lượng phát thải.

Tiêu hóa kỵ khí: Trong quá trình này, các vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong môi trường thiếu oxy để sản xuất khí biogas, một loại khí có thể được sử dụng để phát điện hoặc nấu nướng.

Phương pháp nhiệt hóa

Đốt cháy trực tiếp: Đây là phương pháp đơn giản nhất, trong đó sinh khối được đốt cháy để tạo ra nhiệt, sau đó nhiệt này có thể được sử dụng để phát điện hoặc sưởi ấm.

Nhiệt phân: Sinh khối được nung nóng trong môi trường không có oxy, dẫn đến phân hủy nhiệt để tạo ra các sản phẩm như khí tổng hợp và dầu sinh học. Các sản phẩm này có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc nhiên liệu.

Khí hóa: Sinh khối được chuyển đổi thành khí tổng hợp (syngas), một loại khí dễ cháy có thể được sử dụng để phát điện hoặc làm nhiên liệu.

Ứng dụng của năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong thực tiễn, từ sản xuất điện, nhiên liệu sinh học cho đến sưởi ấm và cung cấp nhiệt.

Phát điện: Các nhà máy điện sử dụng năng lượng sinh khối làm nguyên liệu đầu vào. Quá trình đốt cháy sinh khối tạo ra hơi nước, làm quay tuabin để sản xuất điện. Nhiều quốc gia đã xây dựng các nhà máy điện sinh khối để tận dụng nguồn tài nguyên có sẵn.

Nhiên liệu sinh học: Ethanol và biodiesel là hai dạng nhiên liệu sinh học phổ biến được sản xuất từ sinh khối. Ethanol có thể được sử dụng trong các động cơ đốt trong, trong khi biodiesel có thể thay thế hoặc pha trộn với dầu diesel truyền thống.

Sản xuất nhiệt: Năng lượng sinh khối có thể được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà, cung cấp nước nóng hoặc thậm chí sử dụng trong công nghiệp để tạo ra nhiệt. Việc sử dụng sinh khối thay thế cho nhiên liệu hóa thạch giúp giảm phát thải và chi phí năng lượng.

Bài viết trên đây vừa chia sẻ cho bạn một số thông tin để giúp bạn hiểu rõ hơn năng lượng sinh khối là gì? Ưu nhược điểm và tiềm năng phát triển của loại nguyên liệu này. Ngoài ra bạn đọc có thể tham khảo thêm một số bài viết đã có để tìm hiểu thêm năng lượng địa nhiệt là gì nhé.