Giới thiệu

Quản lý chất thải đang trở thành mối quan tâm ngày càng lớn trên toàn cầu khi đô thị hóa và tiêu thụ gia tăng, dẫn đến sự tích tụ ngày càng nhiều của chất thải. Các công nghệ chuyển đổi rác thải thành năng lượng (WtE) mang lại giải pháp hứa hẹn bằng cách chuyển đổi rác thải thành năng lượng sử dụng được. Trong số các công nghệ , nhiệt phân là một giải pháp nổi bật nhưng liệu khi so sánh nó với các quy trình WtE khác như đốt rác (incineration), khí hóa (gasification) và tiêu hóa kỵ khí (anaerobic digestion)sẽ như thể nào? Bài viết này sẽ đi sâu vào sự khác biệt, lợi ích và hạn chế của công nghệ nhiệt phân so với các công nghệ WtE khác, cung cấp một cái nhìn rõ ràng về mỗi công nghệ và cách chúng đóng góp vào quản lý chất thải bền vững.

Nhiệt phân là gì?

Nhiệt phân là một quá trình nhiệt hóa phân hủy vật liệu hữu cơ ở nhiệt độ cao (thường từ 300°C đến 700°C) trong môi trường không có oxy. Quá trình này phân hủy chất thải thành ba sản phẩm chính:

1. Dầu Nhiệt phân (bio-oil): Một loại nhiên liệu lỏng có thể được tinh chế và sử dụng để sản xuất năng lượng.
2. Khí tổng hợp (syngas): Một hỗn hợp khí, chủ yếu là carbon monoxide, hydrogen và methane, có thể được sử dụng làm nhiên liệu để phát điện.
3. Biochar: Một loại cặn rắn giàu carbon có thể được sử dụng để cải thiện đất hoặc làm bẫy carbon.

Quá trình này đặc biệt hiệu quả đối với chất thải hữu cơ, nhựa và sinh khối, khiến nó trở thành một công nghệ WtE đa năng.

Các Công Nghệ Chuyển Đổi Rác Thải Thành Năng Lượng Khác

Trước khi đi vào so sánh, điều quan trọng là hiểu các công nghệ chuyển đổi rác thải thành năng lượng chính hiện nay:

1. Đốt rác (Incineration): Là phương pháp WtE phổ biến nhất, đốt rác liên quan đến việc đốt chất thải ở nhiệt độ cao trong môi trường có oxy. Nhiệt sinh ra được sử dụng để sản xuất hơi nước, từ đó làm quay tuabin và phát điện. Tuy nhiên, quy trình này thường phát thải ô nhiễm và khí nhà kính.
2. Khí hóa (Gasification): Tương tự như nhiệt, khí hóa chuyển đổi vật liệu hữu cơ hoặc vật liệu dựa trên hóa thạch thành khí tổng hợp, nhưng ở nhiệt độ cao hơn và với một lượng oxy hoặc hơi nước được kiểm soát. Khí tổng hợp này có thể được sử dụng để phát điện hoặc làm nguyên liệu cho sản xuất hóa chất.
3. Tiêu hóa kỵ khí (Anaerobic Digestion): Quy trình sinh học này sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất thải hữu cơ (chẳng hạn như đồ ăn thừa và chất thải nông nghiệp) trong môi trường không có oxy. Nó sản xuất khí sinh học (chủ yếu là methane) và digestate (một chất giàu dinh dưỡng được sử dụng làm phân bón). Tiêu hóa kỵ khí đặc biệt thích hợp cho các dòng chất thải hữu cơ ướt.

Nhiệt Phân So Với Đốt Rác

Khi so sánh nhiệt phân với việc đốt rác, cần xem xét một số yếu tố:

Nhiệt độ và yêu cầu về oxy

• Nhiệt phân: Hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn (300-700°C) và trong môi trường không có oxy, giảm thiểu nguy cơ hình thành dioxin và furan - các chất ô nhiễm nguy hiểm thường liên quan đến đốt rác.
• Đốt rác: Cần nhiệt độ cao hơn nhiều (lên tới 1000°C) và dựa vào oxy để đốt, điều này có thể phát thải ô nhiễm nếu không được kiểm soát tốt.

Khí thải và tác động môi trường

• Nhiệt phân: Phát thải ít khí thải hơn so với đốt rác do môi trường không có oxy. Các sản phẩm phụ, như khí tổng hợp và dầu sinh học, có thể được xử lý thêm để giảm thiểu tác động môi trường.
• Đốt rác: Mặc dù có những tiến bộ công nghệ như hệ thống lọc và khử bụi, đốt rác vẫn phát thải carbon dioxide (CO2), oxit nitơ (NOx), oxit lưu huỳnh (SO2) và bụi mịn. Cặn tro có thể chứa kim loại nặng cần phải xử lý đặc biệt.

Hiệu suất năng lượng và đầu ra

• Nhiệt phân: Chuyển đổi chất thải thành khí tổng hợp và dầu sinh học, có thể được tinh chế cho nhiều mục đích khác nhau, cung cấp tính linh hoạt trong sản xuất năng lượng. Quy trình này được coi là hiệu quả năng lượng hơn khi chuyển đổi nhựa và sinh khối.
• Đốt rác: Chủ yếu tạo ra nhiệt cho phát điện, nhưng hiệu suất tổng thể thấp hơn do mất năng lượng trong quá trình đốt. Mặc dù có thể xử lý lượng lớn chất thải, năng lượng thu hồi mỗi tấn thấp hơn so với nhiệt phân cho một số loại chất thải.

Nhiệt Phân So Với Khí Hóa

Nhiệt phân và khí hóa có nhiều điểm tương đồng, vì cả hai đều liên quan đến phân hủy nhiệt và sản xuất khí tổng hợp. Tuy nhiên, chúng khác nhau đáng kể về quy trình và hiệu suất:

Phạm vi nhiệt độ và môi trường phản ứng

• Nhiệt phân: Hoạt động ở nhiệt độ vừa phải mà không có oxy, dẫn đến một quá trình phân hủy chậm hơn và được kiểm soát hơn.
• Khí hóa: Xảy ra ở nhiệt độ cao hơn (800-1000°C) với một lượng oxy hoặc hơi nước được kiểm soát, dẫn đến phản ứng nhanh hơn và sản xuất khí tổng hợp có năng lượng cao hơn.

Sản phẩm cuối và tính linh hoạt

• Nhiệt phân: Tạo ra một hỗn hợp khí tổng hợp, dầu sinh học và biochar. Dầu sinh học có thể được tinh chế thành nhiều loại nhiên liệu khác nhau, và biochar mang lại lợi ích tiềm năng về lưu giữ carbon.
• Khí hóa: Chủ yếu sản xuất khí tổng hợp, có thể được sử dụng trực tiếp cho năng lượng hoặc chuyển đổi thành hóa chất như metanol và amoniac. Nó cung cấp sự linh hoạt lớn hơn cho sản xuất hóa chất nhưng thiếu giá trị gia tăng của biochar.

Ứng dụng và khả năng mở rộng

• Nhiệt phân: Phù hợp nhất cho các ứng dụng quy mô nhỏ đến vừa, đặc biệt cho việc chuyển đổi nhựa và chất thải nông nghiệp. Khả năng sản xuất nhiều sản phẩm phụ làm cho nó hấp dẫn cho các doanh nghiệp tìm kiếm đầu ra đa dạng.
• Khí hóa: Thường được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn do hiệu suất cao hơn khi xử lý nhiều loại nguyên liệu đầu vào, bao gồm than và sinh khối.

Nhiệt Phân So Với Tiêu Hóa Kỵ Khí

So sánh nhiệt phân với tiêu hóa kỵ khí làm nổi bật các loại chất thải khác nhau mà mỗi quy trình xử lý và các lợi ích tương ứng của chúng:

Độ phù hợp của nguyên liệu đầu vào

• Nhiệt phân: Hoạt động tốt nhất với các vật liệu hữu cơ khô như nhựa, sinh khối và cao su. Nó kém hiệu quả với các dòng chất thải ướt.
• Tiêu hóa kỵ khí: Hiệu quả trong việc xử lý chất thải hữu cơ ướt, như thực phẩm thừa và chất thải nông nghiệp.

Sản phẩm và Tác động môi trường

• Nhiệt phân: Sản xuất một hỗn hợp các sản phẩm có giá trị, bao gồm khí tổng hợp, dầu sinh học và biochar, mà có thể được tái sử dụng hoặc xử lý thêm.
• Tiêu hóa kỵ khí: Sản xuất khí sinh học có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng tái tạo và digestate, là một loại phân bón giàu dinh dưỡng, giúp cải thiện đất.

Ưu điểm của nhiệt phân so với các công nghệ khác

Mặc dù mỗi công nghệ biến rác thải thành năng lượng đều có thế mạnh riêng, nhưng nhiệt phân có những ưu điểm riêng biệt giúp nó trở nên khác biệt:

1. Linh hoạt trong nguyên liệu đầu vào: Nhiệt phân có thể xử lý nhiều loại vật liệu, bao gồm nhựa, sinh khối, cao su và thậm chí cả chất thải y tế. Tính linh hoạt này khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các khu vực có nhiều luồng chất thải khác nhau.
2. Lượng khí thải thấp hơn: Do môi trường không có oxy, nhiệt phân tạo ra ít khí thải độc hại hơn so với đốt và có thể được kiểm soát để giảm thiểu việc giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC).
3. Sản phẩm phụ có giá trị: Dầu sinh học, khí tổng hợp và than sinh học được tạo ra trong quá trình nhiệt phân có nhiều ứng dụng khác nhau, mang lại sự linh hoạt và cơ hội để tinh chế và thương mại hóa thêm.
4. Khả năng mở rộng: Nhiệt phân có thể được triển khai ở cả quy mô nhỏ và lớn, phù hợp với các giải pháp quản lý chất thải cục bộ cũng như các cơ sở công nghiệp lớn.

Thách thức và cân nhắc đối với quá trình nhiệt phân

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng nhiệt phân cũng không phải là không có thách thức:

1. Chi phí ban đầu cao: Công nghệ này đòi hỏi đầu tư đáng kể vào thiết bị và cơ sở hạ tầng, đây có thể là rào cản đối với các thành phố hoặc doanh nghiệp nhỏ.
2. Chuyên môn kỹ thuật: Vận hành nhà máy nhiệt phân đòi hỏi kiến thức chuyên môn để tối ưu hóa nhiệt độ và duy trì an toàn, điều này có thể không dễ dàng có được ở mọi khu vực.
3. Chuẩn bị nguyên liệu: Nhiệt phân hoạt động tốt nhất với các vật liệu đã được phân loại và sấy khô trước, nghĩa là có thể cần các bước xử lý bổ sung, làm tăng thêm chi phí vận hành.

Kết luận: Vai trò của nhiệt phân trong quản lý chất thải trong tương lai

Nhiệt phân cung cấp một giải pháp linh hoạt và đầy hứa hẹn trong lĩnh vực năng lượng từ chất thải. Khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu, tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị và giảm thiểu khí thải khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn so với đốt, khí hóa và tiêu hóa kỵ khí. Tuy nhiên, chi phí thiết lập cao và nhu cầu về chuyên môn kỹ thuật cần được giải quyết để áp dụng rộng rãi hơn.

Khi những thách thức trong quản lý chất thải ngày càng tăng, nhiệt phân có thể đóng vai trò quan trọng trong các giải pháp năng lượng từ chất thải bền vững, đặc biệt là khi kết hợp với các công nghệ khác để có phương pháp tiếp cận toàn diện. Bằng cách hiểu và đầu tư vào các công nghệ này, xã hội có thể biến chất thải từ gánh nặng thành nguồn tài nguyên có giá trị để sản xuất năng lượng.

Tài liệu tham khảo

1. Contec. (n.d.). Pyrolysis vs. Gasification. Available at: https://contec.tech/pyrolysis-vs-gasification/

2. Contec. (n.d.). Pyrolysis vs. Incineration: Waste to Resource. Available at: https://contec.tech/pyrolysis-vs-incineration-waste-to-resource/

3. Ess Expo. (n.d.). Waste Energy Technologies. Available at: https://www.ess-expo.co.uk/news/waste-energy-technologies

4. Hal Inrae. (2021). Waste-to-Energy Technologies in Agriculture. Available at: https://hal.inrae.fr/hal-03463924/document

5. IJChe. (2019). Review on Waste-to-Energy Conversion Technologies. Available at: https://www.ijche.com/article_84420_0c39040631254bb73fe9787b588289e0.pdf

6. Pubs RSC. (2020). Waste-to-Energy Technologies: Conversion Methods. Sustainable Energy & Fuels. Available at: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/se/d0se00689k

7. ResearchGate. (2022). Waste to Energy and Materials through Pyrolysis: A Review. Available at: https://www.researchgate.net/publication/363762556_Waste_to_energy_and_materials_through_pyrolysis_a_review

8. ScienceDirect. (2018). Waste-to-Energy Conversion and Sustainability. Journal of Cleaner Production. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652618324831

9. ScienceDirect. (2021). Thermal Conversion Technologies for Waste Management. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032121003610

10. Typeset. (n.d.). Why is Pyrolysis Better than Other Waste-to-Energy?. Available at: https://typeset.io/questions/why-is-pyrolysis-better-than-other-waste-to-energy-47uwm8f5go

11. Valuer. (n.d.). Top Innovative Technologies in Waste-to-Energy. Available at: http://www.valuer.ai/blog/top-innovative-technologies-in-waste-to-energy

12. Wiley Online Library. (2020). Innovative Waste-to-Energy Technologies and Their Environmental Impact. Energy Science & Engineering. Available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ese3.503

Giới thiệu về DVA

DVA Renewable Energy là công ty tiên phong tại Việt Nam về công nghệ nhiệt phân, biến rác thải thành tài nguyên có giá trị kể từ khi thành lập vào năm 2012.

Việc nâng cấp nhà máy vào năm 2022 của chúng tôi, với công nghệ độc quyền, đã củng cố vị thế tiên phong của chúng tôi trong quản lý lốp xe thải bền vững. Gần đây, chúng tôi đã được chứng nhận ISCC PLUS và EU, hoạt động của chúng tôi chứng minh cam kết về trách nhiệm với môi trường và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế.

Với thành tích đã được chứng minh trong việc xử lý hơn 46.500 tấn lốp xe đã qua sử dụng và rác thải cao su hàng năm, DVA cung cấp các giải pháp nhiệt phân phù hợp để giải quyết các thách thức về quản lý rác thải tại địa phương và thúc đẩy các hoạt động kinh tế tuần hoàn. Chúng tôi sẵn sàng mở rộng ra toàn cầu, tận tâm tạo ra một tương lai bền vững hơn cho các thế hệ mai sau.

‍