Ngành chăn nuôi phát triển mạnh mang lại nguồn thực phẩm dồi dào nhưng cũng phát sinh lượng lớn chất thải, gây ô nhiễm môi trường và phát thải khí nhà kính. Công nghệ biogas ra đời như một giải pháp kép: vừa xử lý chất thải, vừa tạo ra năng lượng tái tạo và phân bón hữu cơ, khép kín vòng kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp.
Nguyên lý của công nghệ biogas
Biogas là khí sinh học được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ, chủ yếu là chất thải chăn nuôi, trong điều kiện không có oxy. Các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ và sinh ra hỗn hợp khí, trong đó methane (CH4) là thành phần cháy được, cung cấp năng lượng.
Toàn bộ quá trình diễn ra trong hầm hoặc bể kín, gọi là hầm biogas hay bể phân hủy kỵ khí. Sản phẩm đầu ra gồm khí đốt và bã thải giàu dinh dưỡng.
Lợi ích môi trường và năng lượng
Biogas mang lại nhiều lợi ích cùng lúc, giải quyết được các vấn đề mà chăn nuôi truyền thống thường gặp phải.
- Xử lý chất thải, giảm mùi hôi và ô nhiễm nguồn nước.
- Thu hồi methane, một khí nhà kính mạnh, thay vì để phát thải tự do.
- Cung cấp khí đốt cho đun nấu, sưởi ấm hoặc phát điện.
- Tạo ra bã thải dùng làm phân bón hữu cơ chất lượng.
Từ khí đốt đến phát điện
Ở quy mô hộ gia đình, biogas thường được dùng trực tiếp cho đun nấu, thay thế củi hoặc gas hóa lỏng, giúp tiết kiệm chi phí và giảm áp lực lên rừng. Ở quy mô trang trại lớn hơn, lượng khí thu được nhiều hơn có thể dùng cho máy phát điện, cung cấp điện cho hoạt động của trại.
Việc phát điện từ biogas đặc biệt phù hợp với các trang trại chăn nuôi tập trung, nơi lượng chất thải lớn và nhu cầu năng lượng cao. Tuy nhiên, để vận hành ổn định cần đầu tư thiết bị xử lý khí và bảo trì đúng cách.
Bã thải và phân bón hữu cơ
Một giá trị thường bị bỏ quên của biogas là bã thải sau phân hủy. Phần chất lỏng và bùn còn lại giàu dinh dưỡng, có thể sử dụng làm phân bón hữu cơ cho cây trồng, giúp cải tạo đất và giảm nhu cầu phân hóa học.
Khi kết hợp trồng trọt và chăn nuôi, mô hình này tạo thành một vòng khép kín: chất thải chăn nuôi thành năng lượng và phân bón, phân bón nuôi cây trồng, phụ phẩm cây trồng quay lại làm thức ăn chăn nuôi. Đây chính là hình mẫu của kinh tế tuần hoàn.
Trong nền nông nghiệp tuần hoàn, chất thải của quá trình này trở thành đầu vào của quá trình khác; không có gì bị lãng phí.
Thách thức khi triển khai
Dù nhiều lợi ích, việc nhân rộng biogas vẫn gặp một số thách thức: chi phí đầu tư ban đầu, yêu cầu kỹ thuật vận hành và bảo trì, cũng như sự dao động của lượng khí theo nhiệt độ và nguồn nguyên liệu. An toàn khí cũng là vấn đề cần được coi trọng. Vì vậy, thiết kế phù hợp quy mô, hướng dẫn vận hành rõ ràng và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật là những điều kiện quan trọng để mô hình bền vững.
Trong định hướng thúc đẩy nông nghiệp xanh và kinh tế tuần hoàn, Viện ASTRI quan tâm nghiên cứu và chuyển giao các giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi, trong đó có công nghệ biogas. Viện đồng hành cùng nông hộ và trang trại trong việc lựa chọn mô hình phù hợp, góp phần giảm phát thải và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên trong sản xuất nông nghiệp.