Năng lượng sinh khối là gì? Tất tật thông tin về năng lượng sinh khối

1. Tổng quan, khái quát về năng lượng sinh khối là gì?

1.1. Sinh khối là gì?

Sinh khối chính là những vật liệu sinh học (biology) có từ sự sống hoặc sinh vật sống trên trái đất. Sinh khối xuất hiện đa số là những cây trồng hoặc những nguyên vật liệu có nguồn gốc được chiết xuất từ thực vật. Sinh khối được coi là nguồn năng lượng tái tạo, có thể sử dụng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp, có thể là dạng một lần hoặc chuyển thành dạng năng lượng khác.

Quá trình quang hợp cho phép thực vật xanh lấy được bức xạ điện từ từ năng lượng mặt trời và biến nó thành năng lượng hóa học. Với năng lượng sinh khối thu được bằng cách đảo ngược quá trình quang hợp này. Năng lượng được lưu trữ trong vật chất sống được giải phóng khi các hợp chất hóa học trong các vật liệu hữu cơ bị phá vỡ do phân hủy. Các dư lượng hữu cơ còn sót lại từ quá trình này được gọi là sinh khối .

Sinh khối chính là chất hữu cơ và nhiên liệu của chúng có thể lấy ví dụ giống như các nhiên liệu hóa thạch (dầu, than đá, hoặc khí đốt tự nhiên). Sự khác biệt là nhiên liệu hóa thạch được hình thành trong trái đất từ ​​thực vật và  hoặc động vật vẫn còn hơn hàng triệu năm. Mặt khác là sinh khối được tạo ra và có thể tái tạo trên quy mô thời gian nhỏ hơn nhiều khi các nhà máy phát triển liên tục, động vật liên tục sản xuất phân, và người ta vứt bỏ chất thải mỗi ngày.

Ngoài ra, sử dụng nguyên liệu sinh khối cho nhiên liệu không làm cạn kiệt nguồn cung cấp của chúng vì chúng liên tục được phục hồi như nguồn năng lượng tái tạo. Vì lý do này, nhiều người tin rằng năng lượng sinh học và nhiên liệu sinh học sẽ là nguồn năng lượng tái tạo chính trong tương lai.

1.2. Khái niệm về năng lượng sinh khối là gì?

Năng lượng sinh khối là thuật ngữ được sử dụng để chỉ bất kỳ loại nhiên liệu tự nhiên phi hóa thạch nào và được phân loại là dạng hữu cơ hoặc là được làm bằng vật liệu có nguồn gốc từ thực vật. Loại nhiên liệu này được chuyển đổi thành các nguồn năng lượng có thể sử dụng trong đời sống của con người.

Năng lượng sinh khối được xem là nguồn tài nguyên rất quan trọng trên trái đất này, chúng được gọi là “Tài nguyên có thể phục hồi”. Năng lượng mặt trời chính là nguồn gốc của năng lượng sinh khối.

Về mặt lịch sử, con người đã tìm ra và khai thác những sản phẩm có nguồn gốc từ năng lượng sinh khối khi con người bắt đầu sử dụng củi khô và cỏ khô để nhóm lửa sưởi ấm. Hiện nay, thuật ngữ năng lượng sinh khối có thể hiểu theo hai nghĩa. Nghĩa đầu tiên là sinh khối là vật liệu cây trồng dùng để tạo ra điện năng (dùng tua bin hơi hoặc nén khí), hoặc sinh khối là tạo ra nhiệt (thông qua việc đốt các nhiên liệu một cách trực tiếp).

1.3. Các nguồn hình thành năng lượng sinh khối là gì?

Năng lượng sinh khối là gì thì chúng ta được biết thông qua các thông tin được nêu trên đây rồi phải không nào, tuy nhiên vấn đề mà tôi muốn đề cập ở đây là ít có ai có thể nhận thấy được rằng từ sinh khối lại có thể tạo ra được nguồn năng lượng sử dụng hàng ngày trong đời sống con người như: Điện năng, nhiệt năng và hơi nước cùng với nhiều nguồn năng lượng khác. Những nguồn năng lượng được tạo  bởi sinh khối này được gọi là năng lượng sinh khối. Nguồn năng lượng sinh khối chính là dạng năng lượng được tái tạo để phục vụ cho đời sống hàng ngày của con người. Năng lượng sinh khối khác với sự độc hại của các loại sơn keo nhựa, ví dụ VOC là hợp chất hữu cơ dạng lỏng hoặc rắn và có thể bay hơi trong điều kiện gặp áp suất khí quyển cao hoặc ở nhiệt độ phòng.

Năng lượng sinh khối hiện tại có 3 dạng vật chất cơ bản đó là: Rắn, lỏng và khí. Đồng thời, những dạng năng lượng sinh khối này cũng được chia thành 2 cấp cơ bản, đó là:

• Sơ cấp: Sản xuất năng lượng sinh khối thông qua ánh sáng của mặt trời hàng ngày để tạo ra quá trình quang hợp tự nhiên cho cây xanh.
• Thứ cấp: Đây là nguồn năng lượng sinh khối được tạo ra từ quá trình phân hủy và chuyển hóa tất cả các chất hữu cơ được thải ra trong sinh hoạt hàng ngày của con người và các hoạt động tự nhiên của sinh vật. 

1.3.1. Sinh khối rắn

Sinh khối rắn còn được được gọi là "nguyên liệu". Sinh khối rắn chính là các chất hữu cơ ở dạng rắn hoặc là được nén ở dạng bột viên và được giải phóng năng lượng mà chúng đã lưu trữ thông qua quá trình đốt cháy. Sinh khối rắn (hoặc nguyên liệu thức ăn chăn nuôi) bao gồm:

• Gỗ và cặn gỗ: Ví dụ như cây, các bụi cây, mùn cưa, bột viên từ thân và lá được nghiền nhỏ, khoai tây chiên và các loại gỗ phế thải.
• Các dư lượng nông nghiệp như Rác, rơm, rạ, cỏ, cây khô, hạt, rễ, vỏ ốc và vỏ trấu.
• Cây năng lượng từ than củi, than bùn và rêu.
• Rác thải đã qua xử lý ví dụ như chất thải của bã cây mía.
• Chất thải động vật như phân chuồng.
• Chất thải rắn được thải từ các khu đô thị như rác thải sinh hoạt

1.3.2. Sinh khối lỏng

Sinh khối lỏng hay còn được gọi là “nhiên liệu sinh học”, là bất kỳ loại chất lỏng nào được tạo ra từ chất rắn vẫn đang phát triển hoặc đã sống ở một số điểm có thể được xử lý để sản xuất một loại nhiên liệu. Sinh khối lỏng hoặc nhiên liệu sinh học bao gồm:

• Dầu thực vật mới được chiết xuất từ hạt hướng dương thành dầu hướng dương, hạt cải dầu thành dầu hạt cải hoặc dầu thực vật được tái chế.
• Nhiên liệu Methanol, Ethanol và cồn được lên men từ ngô, ngũ cốc và các hạt thực vật khác.
• Dầu Diesel sinh học được chưng cất từ ​​dầu thực vật và mỡ động vật.
• Nhiên liệu P-Series, là sự pha trộn các chất rắn và các chất lỏng khác nhau với nhau để tạo ra nhiên liệu.

Xem thêm: Giải nghĩa CAS là gì và những vấn đề về dịch vụ tóm tắt hóa học

1.3.3. Sinh khối dạng khí

Còn được gọi là “khí sinh học”, là bất kỳ loại khí nào được hình thành một cách tự nhiên được đưa ra bởi các nhà máy phân hủy rác, chất thải sinh hoạt, động vật phân hủy, bùn và phân có thể được tái chế và sử dụng như một loại nhiên liệu. Sinh khối dạng lỏng hoặc khí biogas bao gồm:

• Metan được chiết xuất từ quá trình phân hủy thực vật, động vật và phân chuồng.
• Bio gases được sinh ra từ rác thối rữa tại bãi rác.
• Hydrogen được dùng cho năng lượng pin và pin nhiên liệu.
• Tổng hợp Khí pha trộn từ Carbon Monoxide và Hydrogen.
• Khí tự nhiên được lấy từ nhiên liệu hóa thạch.

2. Ưu điểm và khuyết điểm của năng lượng sinh khối là gì?

2.1. Ưu điểm của năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối xuất hiện không phải không có lý do đâu các bạn nhé. Chúng xuất hiện trong tự nhiên đều có lý do, trong đó chúng ta sẽ bàn tới ưu điểm của năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối luôn có những ưu điểm nhất định và có ý nghĩa trong đời sống hàng ngày của con người. Chúng ta cùng điểm qua những ưu điểm của năng lượng sinh khối như sau:

• Năng lượng sinh khối làm giảm đi sự phụ thuộc vào các nhiên liệu hóa thạch
• Năng lượng sinh khối làm giảm phát sinh thải khí nhà kính, và giảm thiểu đáng kể các vấn đề về ô nhiễm và quản lý chất thải.
• Năng lượng sinh khối sử dụng nhiều loại cây trồng khác nhau hỗ trợ những người nông dân trong nông nghiệp.
• Sản xuất các chất hay nhiên liệu thay thế sạch hơn và tái tạo mới cho dầu thô và các nhiên liệu hóa thạch thông thường.

2.2. Khuyết điểm của năng lượng sinh khối

Bên cạnh những ưu điểm của năng lượng sinh khối thì chúng cũng có những khuyết điểm mà chúng ta cần phải chú ý để có thể nắm bắt được và có biện pháp khắc phục những khuyết điểm này trong những trường hợp cần thiết.

• Những loại nhiên liệu từ sinh khối rắn có hàm lượng năng lượng thấp hơn rất nhiều so với các loại nhiên liệu hóa thạch.
• Nhiên liệu hóa thạch được dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học chiếm một lượng lớn trong đất đai. Làm giảm lượng đất có sẵn trong sản xuất nông nghiệp và thực phẩm.

3. Cách lấy năng lượng sinh khối

Chúng ta có tổng cộng 4 cách để có thể tạo ra nguồn năng lượng sinh khối. Tùy vào tình hình và điều kiện thực tế mà các bạn có thể sử dụng 1 trong 4 cách mà tôi sẽ liệt kê ngay bên dưới.

• Cách thứ nhất: Đốt nhiệt sinh khối: Cách này là khi bạn sử dụng để đốt các loại sinh khối dạng rắn. Nguồn năng lượng sinh học của quá trình đốt sinh khối dạng rắn này được sử dụng trực tiếp trong quá trình sinh hoạt của con người như là: nấu ăn hay giặt đồ chẳng hạn.
• Cách thứ hai: Phát điện bằng Biopower – Biomass: Cách này là phương pháp mà bạn sử dụng hơi nước hoặc là nhiệt bằng cách đốt các nhiên liệu tự nhiên để tạo ra năng lượng điện phục vụ cho quá trình sử dụng điện hàng ngày của con người.
• Cách thứ ba: Khí hóa sinh khối: Khí sinh học chính là một phần của sinh khối, đây là loại khí sinh ra một cách tự nhiên và được tạo ra bởi các nguồn nhiên liệu sinh học như phân của động vật, các chất thải mục nát và tảo biển. Khi sinh khối được khí hóa thì các nhiên liệu được chuyển hóa có thể được sử dụng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp, và có thể được vận chuyển bằng đường ống đến với người tiêu dùng cho sinh hoạt hàng ngày. Khí hóa sinh khối dùng để sưởi ấm hoặc là phát điện, là một trong những dạng hữu ích của năng lượng sinh học.
• Cách thứ tư: Chuyển hóa chất lỏng sinh khối: Một cách sản xuất nhiên liệu sinh khối thú vị khác được gọi là nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu lỏng được chế biến từ sinh khối, thường là từ các loại thực vật. Có nhiều loại nhiên liệu sinh học với một số loại phổ biến bao gồm methanol và ethanol, cũng như xăng tổng hợp, dầu diesel sinh học và nhiên liệu hàng không.

4. Chuyển hóa năng lượng từ sinh khối thành nhiệt trong đời sống như thế nào?

4.1. Ý nghĩa của việc chuyển hóa năng lượng từ sinh khối thành nhiệt

Việc chuyển đổi sinh khối thành năng lượng (hay còn được gọi là năng lượng sinh khối) có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống con người. Quá trình chuyển đổi này bao gồm nhiều phương pháp khác nhau và phụ thuộc vào cả các nguồn nguyên liệu, các công nghệ chuyển đổi năng lượng và cả các hình thức về ứng dụng của năng lượng sinh khối và điều kiện kinh tế của mỗi địa phương cũng như mỗi quốc gia.

Nguồn nguyên liệu sinh khối có thể được sản xuất từ nhiều nguồn đa dạng như các loại cây trồng năng lượng chuyên dụng để làm thành năng lượng sinh khối, các loại cây trồng làm chất đốt ngắn ngày, những sản phẩm từ rừng và dư lượng từ sản xuất nông nghiệp như: thân cây khô, củi khô, rơm rạ… hoặc là từ những nguồn chất thải công nghiệp được thải ra hàng ngày, chất thải hữu cơ hoặc là phân động vật. Trong mỗi trường hợp, các nguyên liệu sinh khối cần phải được thu thập, vận chuyển cũng như là lưu trữ trước khi được tiến hành chế biến thành các dạng nguyên liệu thích hợp đối với quá trình xử lý.

Theo đó, năng lượng sinh khối chính là một dạng ý nghĩa của năng lượng tái tạo khi sử dụng sẽ giúp làm giảm các tác động có hại trong việc khai thác và sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong xã hội hiện nay. Tuy nhiên, giống như mọi nguồn năng lượng tái tạo khác trên thế giới, năng lượng sinh khối cũng có những hạn chế cụ thể mà tôi đã đề cập ở trên và loại năng lượng này cần phải cạnh tranh không chỉ với các nguồn nhiên liệu hóa thạch mà còn với các nguồn năng lượng tái tạo khác như gió, năng lượng mặt trời và năng lượng từ thủy triều.

Trong phần này, tôi sẽ trình bày cũng như là đánh giá một cách ngắn gọn về tất cả những ý nghĩa của năng lượng sinh khối, ý nghĩa của các quá trình chuyển đổi năng lượng sinh khối, Đối với việc nhấn mạnh vào quá trình sản xuất nhiên liệu dạng khí phù hợp cho động cơ đốt trong. Mục đích của việc sản xuất này là bổ sung nguồn cung cấp khí giàu metan sản xuất bởi quá trình kỵ khí các chất thải hữu cơ trong xử lý chất thải và các dư lượng.

Hiện nay, tại các nước phát triển trên thế giới, khí sản xuất từ quá trình phân huỷ các chất thải hữu cơ được sử dụng vô cùng rộng rãi và có thể được sử dụng để làm nhiên liệu cho những nhà máy phát điện. Điện được sản xuất dưới hình thức này coi như là một nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và với giá thành vô cùng cạnh tranh. Việc sử dụng các loại khí từ quá trình phân rải các chất hữu cơ còn có thể tạo cơ hội sử dụng chất thải để sản xuất nguồn năng lượng sinh khối, qua đó giúp cho các bạn thúc đẩy xử lý chất thải của bãi chôn lấp như một hình thức bền vững của quản lý chất thải.

Xem thêm: Công nghệ sinh học Y dược là gì? Triển vọng của ngành học tương lai

4.2. Các công nghệ chuyển hóa năng lượng sinh khối cụ thể

Sinh khối có thể được chuyển đổi thành các dạng năng lượng hữu ích bằng cách sử dụng một số quy trình khác nhau.. Tất cả những yếu tố có ảnh hưởng đến lựa chọn các công nghệ chuyển đổi sinh khối có thể kể tới như là: chủng loại và số lượng nguyên liệu sinh khối, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, điều kiện kinh tế cũng như các yếu tố khác để thực hiện của từng dự án. Sinh khối có thể được chuyển đổi thành ba loại sản phẩm chính, trong đó, hai loại liên quan đến năng lượng là điện / nhiệt và nhiên liệu vận tải, một loại nữa là nguyên liệu hóa học.

Quá trình chuyển đổi sinh khối thành dạng năng lượng sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng hai công nghệ hữu hiệu chính đó là: “hóa sinh học” và “hóa nhiệt”. Bên cạnh đó, để chuyển đổi năng lượng sinh khối còn một hình thức nữa đó là “sản xuất xăng sinh học”. Tuy nhiên, xăng sinh học hiện nay chưa được phổ biến nhưng đối với việc gia tăng áp lực về giảm khí phát thải, giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường đặc biệt là tình trạng ô nhiễm môi trường đang diễn ra hết sức nan giải tại các thành phố lớn sẽ làm thay đổi sang việc sử dụng xăng sinh học trong một tương lai gần.

Ngày nay, con người đã nghiên cứu ra có 4 phương thức để chuyển đổi hóa nhiệt sinh khối đó là: đốt cháy, khí hoá, nhiệt phân và hóa lỏng. Chuyển đổi hóa sinh học bao gồm hai hình thức chính đó là: tiêu hóa và lên men.Với những hình thức này thì các bạn có thể dễ dàng đạt được được mục đích chuyển hóa năng lượng sinh khối một cách có hiệu quả nhất.

Trên đây là những thông tin giúp bạn hiểu về năng lượng sinh khối là gì và những vấn đề xoay quanh năng lượng sinh khối có tác động mạnh mẽ tới môi trường sống của con người. Vận dụng tốt các biện pháp dưới đây sẽ giúp cho đời sống sinh hoạt của con người trở nên dễ dàng hơn.