Đốt sinh khối là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Đốt sinh khối là quá trình chuyển hóa năng lượng từ vật liệu hữu cơ thành nhiệt hoặc điện thông qua phản ứng cháy được kiểm soát trong hệ thống phù hợp vận hành an toàn. Khái niệm này mô tả một dạng năng lượng tái tạo sử dụng sinh khối từ rừng, nông nghiệp và chất thải để tạo nguồn nhiệt ổn định phục vụ công nghiệp và đời sống.

Khái niệm đốt sinh khối

Đốt sinh khối là quá trình chuyển hóa năng lượng từ các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc sinh học như gỗ, phụ phẩm nông nghiệp, phế thải hữu cơ, tảo hoặc nhiên liệu sinh học thành nhiệt năng hoặc điện năng thông qua phản ứng cháy trong điều kiện được kiểm soát. Sinh khối được xem là một dạng năng lượng tái tạo vì tồn tại trong các chu trình sinh học liên tục và có thể tái tạo theo thời gian ngắn hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch.

Trong thực tế, đốt sinh khối đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống năng lượng phân tán, nông nghiệp và công nghiệp. Quá trình này không chỉ tạo ra năng lượng hữu ích mà còn góp phần xử lý chất thải hữu cơ, giảm áp lực lên môi trường. Mức độ ứng dụng của sinh khối phụ thuộc vào khả năng thu gom, đặc tính hóa học, độ ẩm và thiết kế hệ thống đốt.

Bảng tổng quan về các dạng sinh khối thường dùng:

Loại sinh khối Nguồn gốc Đặc điểm
Gỗ và phụ phẩm gỗ Lâm nghiệp, ngành chế biến gỗ Nhiệt trị cao, dễ thu gom
Phụ phẩm nông nghiệp Rơm rạ, trấu, lõi ngô Khối lượng lớn, độ ẩm thay đổi
Chất thải hữu cơ Chất thải sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm Thành phần không đồng nhất
Nhiên liệu sinh học Viên nén sinh khối, pellet Hiệu suất cháy ổn định

Phân loại sinh khối sử dụng trong quá trình đốt

Sinh khối được phân loại dựa trên trạng thái vật lý gồm sinh khối rắn, lỏng và khí. Sinh khối rắn chiếm tỷ lệ lớn nhất và bao gồm gỗ, viên nén, phế phẩm trồng trọt. Sinh khối lỏng chủ yếu là ethanol và biodiesel được điều chế từ ngô, mía hoặc dầu thực vật. Sinh khối khí gồm biogas được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí chất thải hữu cơ.

Mỗi loại sinh khối sở hữu đặc tính cháy khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt và phụ tải vận hành hệ thống đốt. Sinh khối rắn yêu cầu thiết kế buồng đốt chuyên biệt để đảm bảo phân phối oxy đều và hạn chế phát thải. Sinh khối lỏng dễ kiểm soát hơn nhưng chi phí sản xuất cao hơn. Sinh khối khí yêu cầu hạ tầng thu gom và xử lý tạp chất trước khi đốt.

Các tiêu chí phân loại sinh khối phục vụ công nghệ đốt:

  • Độ ẩm và cấu trúc vật lý
  • Nhiệt trị và hàm lượng tro
  • Mức độ ổn định và khả năng lưu trữ
  • Nhu cầu xử lý trước khi đốt

Cơ chế cháy và phản ứng nhiệt

Quá trình cháy sinh khối diễn ra qua bốn giai đoạn chính: sấy khô, phân hủy nhiệt, cháy khí và cháy than cốc còn lại. Giai đoạn sấy khô loại bỏ nước liên kết và nước tự do trong cấu trúc sinh khối, giảm độ ẩm để tăng khả năng bắt lửa. Giai đoạn phân hủy nhiệt xảy ra khi nhiệt độ tăng và sinh khối phân tách thành khí dễ cháy, hơi nước và than rắn.

Trong giai đoạn cháy khí, các khí dễ cháy như CO, H2, CH4 phản ứng với oxy tạo ra năng lượng nhiệt lớn. Giai đoạn cuối cùng là cháy than cốc, nơi phần carbon còn lại bị oxy hóa tạo tro. Hiệu suất cháy phụ thuộc mạnh vào tốc độ cấp khí, cấu trúc nguyên liệu, độ ẩm và thiết kế buồng đốt. Quá trình cháy có thể được mô tả bằng công thức năng lượng:

Q=m⋅HQ = m \cdot H

Trong đó mm là khối lượng sinh khối và HH là nhiệt trị. Công thức giúp dự đoán lượng năng lượng thu được trong điều kiện chuẩn và đánh giá mức độ hiệu quả của từng loại nhiên liệu.

Công nghệ đốt sinh khối

Các công nghệ đốt sinh khối phổ biến gồm lò tầng sôi, lò ghi cơ học, công nghệ khí hóa và công nghệ đồng đốt với than trong nhà máy điện. Lò tầng sôi cho phép đốt nhiên liệu không đồng nhất và có độ ẩm biến thiên, trong khi lò ghi cơ học phù hợp với nhiên liệu rắn có kích thước lớn. Công nghệ khí hóa chuyển sinh khối thành khí tổng hợp có giá trị nhiệt cao và giảm phát thải.

Đồng đốt sinh khối với than mang lại khả năng giảm phát thải và tái sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có. Các tiêu chuẩn kỹ thuật và báo cáo nghiên cứu về công nghệ đốt sinh khối có thể được tham khảo tại IEA. Việc lựa chọn công nghệ phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, quy mô hệ thống và mục tiêu vận hành.

Một số tiêu chí lựa chọn công nghệ đốt:

  • Tính sẵn có và chất lượng sinh khối
  • Hiệu suất nhiệt mong muốn
  • Chi phí đầu tư và vận hành
  • Tiêu chuẩn môi trường áp dụng

Năng lượng thu được từ đốt sinh khối

Đốt sinh khối tạo ra nhiệt năng trực tiếp phục vụ các hoạt động gia nhiệt, sấy khô, sản xuất hơi nước và sưởi ấm dân dụng. Nhiệt năng này có thể được sử dụng ngay tại chỗ hoặc phân phối qua hệ thống nhiệt tập trung trong khu công nghiệp và khu dân cư. Mức năng lượng thu được phụ thuộc vào nhiệt trị của từng loại sinh khối, độ ẩm và thiết kế của buồng đốt.

Trong các nhà máy điện sinh khối, nhiệt năng được chuyển thành điện năng thông qua hệ thống tạo hơi và tuabin. Hiệu suất điện sinh khối thường thấp hơn so với nhiên liệu hóa thạch vì đặc tính phân tán và độ ẩm cao của nhiên liệu. Tuy vậy, các cải tiến như đồng phát điện-nhiệt (CHP) giúp tận dụng tối đa nhiệt lượng thải, nâng cao hiệu suất tổng thể.

Dạng năng lượng thu được từ đốt sinh khối bao gồm:

  • Nhiệt năng cho công nghiệp và dân dụng
  • Điện năng từ hệ thống phát điện
  • Năng lượng nhiệt thừa phục vụ chu trình CHP

Lợi ích môi trường của đốt sinh khối

Đốt sinh khối được xem là giải pháp năng lượng bền vững nhờ khả năng giảm phát thải khí nhà kính trong chu trình carbon dài hạn. Khi sinh khối được đốt, CO₂ phát thải là lượng carbon đã được hấp thụ trong quá trình sinh trưởng, nhờ đó không làm tăng thêm carbon vào khí quyển nếu nguồn nguyên liệu được tái tạo hợp lý. Điều này tạo nên sự cân bằng tương đối trong chu trình carbon.

Bên cạnh đó, việc sử dụng phụ phẩm nông nghiệp và chất thải hữu cơ giúp giảm lượng chất thải phải xử lý tại bãi chôn lấp. Điều này hạn chế phát thải khí methane, một loại khí nhà kính mạnh hơn CO₂ nhiều lần. Sinh khối cũng góp phần thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, giảm áp lực khai thác tài nguyên cạn kiệt.

Một số lợi ích môi trường quan trọng:

  • Giảm phát thải khí nhà kính trong chu trình dài hạn
  • Tận dụng phụ phẩm và giảm lượng chất thải hữu cơ
  • Giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch
  • Khuyến khích phát triển nông nghiệp tuần hoàn

Tác động môi trường và hạn chế

Dù sở hữu nhiều ưu điểm, đốt sinh khối vẫn tạo ra phát thải như CO, NOₓ, VOC và bụi mịn PM2.5. Các chất này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe hô hấp và môi trường nếu hệ thống xử lý khí thải không đạt tiêu chuẩn. Một số dạng sinh khối chứa hàm lượng tro cao làm tăng chi phí thu gom và xử lý tro sau đốt.

Ngoài phát thải, việc khai thác sinh khối ở quy mô lớn có thể gây suy giảm rừng, mất đa dạng sinh học và xói mòn đất nếu không được quản lý bền vững. Cạnh tranh về nguồn nguyên liệu giữa năng lượng và sản xuất lương thực cũng là một thách thức trong bối cảnh nhu cầu lương thực toàn cầu tăng. Các cơ quan như EPA đặt ra tiêu chuẩn khí thải để đảm bảo an toàn môi trường.

Các hạn chế chính của đốt sinh khối:

  1. Phát thải khí và bụi khi thiếu hệ thống xử lý
  2. Tiêu thụ sinh khối quá mức gây tác động sinh thái
  3. Hiệu suất thấp hơn so với nhiên liệu hóa thạch
  4. Nhu cầu đầu tư hạ tầng thu gom và vận chuyển

Hiệu suất và các yếu tố ảnh hưởng

Hiệu suất đốt sinh khối phụ thuộc mạnh vào độ ẩm, tỷ lệ tro, kích thước hạt, tốc độ cấp khí và thiết kế lò đốt. Độ ẩm cao làm giảm khả năng cháy và tăng lượng năng lượng cần thiết cho quá trình sấy ban đầu, dẫn đến tổn thất nhiệt lớn. Việc tiền xử lý như ép viên, sấy khô hoặc nghiền nhỏ giúp cải thiện sự đồng nhất và nâng cao hiệu suất.

Chất lượng sinh khối cũng đóng vai trò then chốt trong vận hành. Sinh khối chứa tạp chất như đất, cát hoặc kim loại làm giảm hiệu quả cháy và tăng nguy cơ hỏng hóc thiết bị. Điều kiện cấp oxy và tốc độ dòng khí phải được điều chỉnh liên tục để duy trì phản ứng cháy ổn định.

Bảng minh họa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất:

Yếu tố Ảnh hưởng Giải pháp
Độ ẩm Giảm nhiệt trị Sấy sinh khối trước khi đốt
Tỷ lệ tro Ảnh hưởng vận hành lò Chọn nguyên liệu phù hợp
Kích thước nhiên liệu Ảnh hưởng tốc độ cháy Nghiền nhỏ hoặc ép viên
Cấp khí Quyết định mức độ cháy hoàn toàn Điều chỉnh lưu lượng khí

Ứng dụng thực tế của đốt sinh khối

Đốt sinh khối được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế biến gỗ, sản xuất giấy, thực phẩm và nông nghiệp. Các hệ thống lò hơi sinh khối cung cấp hơi nước cho sản xuất và giảm chi phí nhiên liệu. Tại nhiều vùng nông thôn, sinh khối là nguồn năng lượng chính cho nấu nướng và sưởi ấm nhờ khả năng tiếp cận dễ dàng và chi phí thấp.

Trong lĩnh vực sản xuất điện, sinh khối đóng vai trò bổ trợ quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch. Nhiều nhà máy điện sinh khối quy mô lớn được xây dựng nhằm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp. Viên nén sinh khối được xuất khẩu rộng rãi để sử dụng trong các hệ thống đốt công nghiệp ở châu Âu và châu Á.

Các ứng dụng phổ biến:

  • Hệ thống lò hơi sinh khối trong công nghiệp
  • Nhà máy điện sinh khối
  • Viên nén nhiên liệu cho thị trường quốc tế
  • Năng lượng sưởi ấm tại nông thôn

Tài liệu tham khảo

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề đốt sinh khối:

Sự phát thải của các khí vi lượng và hạt bụi từ việc đốt sinh khối Dịch bởi AI
Global Biogeochemical Cycles - Tập 15 Số 4 - Trang 955-966 - 2001
Trong thập kỷ qua, một kho thông tin lớn về phát thải từ các loại đốt sinh khối khác nhau đã được tích lũy, phần lớn là kết quả từ các hoạt động nghiên cứu của Chương trình Địa cầu Sinh học Quốc tế/ Hóa học Khí quyển Toàn cầu Quốc tế. Tuy nhiên, thông tin này chưa sẵn có một cách dễ dàng đối với cộng đồng hóa học khí quyển vì nó bị phân tán trên một số lượng lớn các tài liệu và được báo cáo bằng n... hiện toàn bộ
#đốt sinh khối #phát thải khí #hóa học khí quyển #hệ số phát thải #kỹ thuật ngoại suy #cháy rừng #mô hình hóa ngược
ĐỘT BIẾN CỦA SINH KHỐI VI SINH VẬT ĐẤT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỮA HÀNG HÒA TAN TRONG NƯỚC Ở CÁC ĐOẠN ĐẤT BRETON SAU 50 NĂM CANH TÁC VỚI HAI CHU KỲ Dịch bởi AI
Canadian Journal of Soil Science - Tập 66 Số 1 - Trang 1-19 - 1986
Khối lượng và tỷ lệ luân chuyển của sinh khối và carbon hữu cơ hòa tan trong nước (WSOC) đã được đo tại các thửa đất Breton nơi có tư liệu quản lý dài hạn của đất Gray Luvisol. Các thửa đất (đối chứng, bón phân chuồng và NPKS) đã được trồng theo chu kỳ cây lúa mì-nghỉ hoặc chu kỳ cây lúa mì-yến mạch-lúa mạch-thức ăn-thức ăn trong 50 năm đã được lấy mẫu 13 lần trong các năm 1981 và 1982. Carbon sin... hiện toàn bộ
#Các chu kỳ cây trồng #Luvisol #chất hữu cơ #sinh khối #carbon hòa tan #các đoạn đất Breton
XÂY DỰNG QUY TRÌNH SINH THIẾT LỎNG CÁ THỂ HÓA PHÁT HIỆN TỒN DƯ KHỐI U
Tạp chí Y học Việt Nam - Tập 513 Số 1 - 2022
Mở đầu: Tồn dư khối u là những tế bào ung thư còn sót lại trong cơ thể sau điều trị, là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tái phát và di căn. Hiện nay việc đánh giá hiệu quả điều trị dựa trên các chỉ dấu sinh hoá và các kỹ thuật hình ảnh học gặp một số hạn chế do độ nhạy và độ đặc hiệu chưa cao. Vì vậy, việc phát triển thêm các chỉ thị sinh học mới có độ chính xác cao để kết hợp với các phương pháp tru... hiện toàn bộ
#tồn dư khối u #DNA ngoại bào #sinh thiết lỏng #đột biến sinh dưỡng #kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (NGS)
Ước lượng dòng chảy tổng và ròng của carbon giữa sinh quyển và khí quyển từ việc đốt sinh khối Dịch bởi AI
Climatic Change - Tập 2 - Trang 207-247 - 1980
Để ước lượng sản lượng than củi và các phát thải khí vi lượng từ việc đốt cháy, chúng tôi đã ước tính lượng sinh khối toàn cầu bị ảnh hưởng bởi hỏa hoạn. Chúng tôi đã ước lượng thô các tỷ lệ đốt cháy hàng năm dao động từ khoảng 5 Pg đến 9 Pg (1 Pg = 10^15 g) vật chất khô (2–4 Pg C). So với đó, khoảng 9–17 Pg vật chất khô trên mặt đất (4–8 Pg C) bị ảnh hưởng bởi hỏa hoạn, cho thấy hiệu suất đốt tru... hiện toàn bộ
#sinh khối #phát thải khí quyển #than củi #carbon #hiệu suất đốt cháy
Các chất xúc tác ổn định thủy nhiệt cho việc loại bỏ khí thải từ các hệ thống đốt sinh khối quy mô nhỏ Dịch bởi AI
Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis - Tập 70 - Trang 3-9 - 2000
Việc oxy hóa xúc tác các chất ô nhiễm mô hình, mô phỏng sự phát thải từ các hệ thống đốt sinh khối quy mô nhỏ, đã được nghiên cứu trên các chất xúc tác Pd-MeO/γ-alumina (Me = Ni, Ce và La) mới, đã lão hóa và bị nhiễm lưu huỳnh khác nhau. Sự phát tán clo và cấu trúc lại của các hạt PdO được cho là nguyên nhân dẫn đến sự kích hoạt của các chất xúc tác Pd-MeO đã hỗ trợ.
#các chất xúc tác #đốt sinh khối #oxy hóa xúc tác #Pd-MeO/γ-alumina #khí thải
Đặc điểm và Nguồn gốc của Các Hydrocarbon Đ Aromatic Đ polycyclic Gắn Liền với PM10 và PM2.5 Trong Một Thành Phố Chuyên Ngành Kim Loại Điển Hình Gần Sông Dương Tử Tại Trung Quốc Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 100 - Trang 303-309 - 2017
Các đặc điểm của các hydrocarbon đa vòng thơm (PAHs) gắn với PM10 và PM2.5 trong không khí đã được nghiên cứu tại thành phố Tongling, Trung Quốc. Kết quả cho thấy tổng nồng độ PAHs gắn với PM10 và PM2.5 có sự biến thiên đáng kể theo mùa và theo không gian. Các địa điểm luyện kim có nồng độ PAH cao nhất, điều này chủ yếu do các hoạt động luyện kim (chủ yếu là nấu chảy quặng đồng) và sự đốt cháy tha... hiện toàn bộ
#PM10 #PM2.5 #Hydrocarbon Đ Arome Đ đa vòng #PAHs #Luyện kim #Đốt sinh khối #Đánh giá rủi ro
Ảnh hưởng của sự chết hàng loạt cá ăn phù du đến cộng đồng phù du của hồ Mendota, Wisconsin: Những hệ lụy cho việc tái tổ chức sinh thái Dịch bởi AI
Hydrobiologia - Tập 200 - Trang 329-336 - 1990
Sự chết hàng loạt của cá ăn phù du đã tác động mạnh mẽ đến động lực cộng đồng phù du của hồ Mendota, Wisconsin, Hoa Kỳ. Sau sự chết của cá, loàiDaphnia pulicaria lớn hơn đã thay thế cho loàiDaphnia galeata mendotae nhỏ hơn, dẫn đến áp lực gặm nhấm lớn hơn lên phù du thực vật. Điều này được đi kèm với sự kéo dài đáng kể của thời gian nước trong vắt vào mùa xuân và giảm sinh khối phù du thực vật vào... hiện toàn bộ
#cá ăn phù du #hồ Mendota #động lực cộng đồng phù du #sinh khối phù du thực vật #tái tổ chức sinh thái #nồng độ photpho.
Chế tạo carbon dot sinh khối một bước để phát hiện Fe3+ với độ chọn lọc cao Dịch bởi AI
Chemical Papers - - Trang 1-11 - 2023
Carbon dot sinh khối (CDs) được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt một bước, sử dụng vỏ quả trà (camellia) làm nguyên liệu thô. Các đặc trưng của carbon dot sinh khối đã được phân tích bằng nhiều kỹ thuật quang phổ khác nhau, cho thấy sự hiện diện của các nhóm chức năng ưa nước và tính chất phát quang. Hiện tượng tắt sáng chọn lọc của carbon dot sinh khối cho phép phát hiện Fe3+ một cách nhanh c... hiện toàn bộ
#carbon dot sinh khối #phát hiện Fe3+ #quang phổ #cảm biến #axit ascorbic
Sự tương quan giữa các dấu hiệu đốt sinh khối trong các hạt bụi đô thị và nông thôn ở Silesia - Nghiên cứu trường hợp Dịch bởi AI
Water, Air, and Soil Pollution - Tập 233 - Trang 1-14 - 2022
Các dấu hiệu chính của việc đốt sinh khối là các sản phẩm phân hủy nhiệt từ biopolymer cellulose, cụ thể là các dẫn xuất didehydromonosaccharide levoglucosan, galactosan và mannosan, cùng với dẫn xuất axit resin dehydroabietic acid, với sự đóng góp nhỏ từ β-sitosterol. Trong mùa đông năm 2017/2018, levoglucosan, galactosan và mannosan đã được đo lường tại hai địa điểm ở Silesia, một khu vực nông t... hiện toàn bộ
#đốt sinh khối #levoglucosan #galactosan #mannosan #ô nhiễm không khí #khí hậu
Một mô hình ước lượng tải trọng đột biến khối u mới như một dấu ấn sinh học dự đoán và dự báo ở bệnh nhân NSCLC Dịch bởi AI
BMC Medicine - Tập 18 - Trang 1-11 - 2020
Tải trọng đột biến khối u (TMB) có giá trị dự báo trong các bệnh nhân ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) sau phẫu thuật và giá trị dự đoán cho phản ứng điều trị miễn dịch. Tuy nhiên, việc đánh giá TMB bằng phương pháp giải trình tự toàn bộ vùng exome (WES) là tốn kém và tốn thời gian, cản trở việc áp dụng nó trong thực tiễn lâm sàng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi nhằm xây dựng một mô hình ước... hiện toàn bộ
#Tải trọng đột biến khối u #ung thư phổi không tế bào nhỏ #mô hình ước lượng #dấu ấn sinh học #liệu pháp miễn dịch
Tổng số: 16   
  • 1
  • 2

Chủ đề khác

#điều khiển từ xa

Điều khiển từ xa là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#cải thiện lâm sàng

Cải thiện lâm sàng là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#nguồn lực tài chính

Nguồn lực tài chính là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

#quang phổ hồng ngoại gần

Quang phổ hồng ngoại gần là gì? Các bài nghiên cứu khoa học

#tre em

Tre em là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#phân tích so sánh

Phân tích so sánh là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#chẩn đoán giai đoạn

Chẩn đoán giai đoạn là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

#điều trị dự phòng

Điều trị dự phòng là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#diosmin

Diosmin là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học về Diosmin

#glucose

Glucose là gì? Các công bố nghiên cứu khoa học về Glucose


Xem thêm