Khai thác “vàng đen” từ phế phẩm nông nghiệp

Trong lúc các nhà quản lý đang tìm giải pháp về chính sách, các nhà khoa học như TS. Võ Thành Công và các cộng sự cũng tiếp cận bài toán xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp dưới góc độ công nghệ. Cụ thể, anh và các cộng sự ở trườngĐại học Công nghiệp TP.HCM đã phát triển các phương pháp chế tạo than sinh học từ những phế phẩm như vỏ sắn, vỏ cà phê, xương động vật… dùng để xử lý nước, làm phân bón, nhiên liệu… “Mục tiêu của chúng tôi là có thể hợp tác nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao công nghệ cho các bên có nhu cầu, các địa phương, doanh nghiệp muốn sản xuất, kinh doanh than sinh học từ nguồn phế phẩm nông nghiệp”, TS. Võ Thành Công cho biết.

Tối ưu quy trình đốt than

Than sinh học (biochar) là một khoáng chất dạng rắn giàu carbon thu được từ quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trường yếm khí hoặc nghèo oxy. Với nhiều tác dụng như cải tạo đất, làm phân bón, chất hấp phụ giúp xử lý ô nhiễm… than sinh học còn được mệnh danh là “vàng đen” trong nông nghiệp. “Khi đưa vào đất, than sinh học sẽ cải thiện được các đặc tính hóa lý của đất, bao gồm làm tăng khả năng giữ và cung cấp chất dinh dưỡng, giữ ẩm, tăng độ phì nhiêu của đất, góp phần nâng cao năng suất cây trồng. Ngoài khả năng lưu trữ carbon, nước và cải tạo đất, than sinh học còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như làm nền chất mang trong sản xuất xúc tác, chất hấp phụ, hoặc làm vật liệu cho các quá trình công nghiệp hóa chất và dược phẩm”, TS. Võ Thành Công cho biết. Sự quan tâm đối với than sinh học thể hiện rõ trong những năm gần đây, thị trường than sinh học đã phát triển nhanh chóng với tỉ lệ tăng trưởng kép hàng năm là 91% trong giai đoạn 2021-2023, ước tính quy mô thị trường toàn cầu sẽ đạt hơn 800 triệu USD vào năm nay.

Tuy nhiên, không phải ai cũng thấy hết tầm quan trọng của than sinh học. Hầu hết mọi người đều coi than sinh học là một thứ phổ biến, đơn giản, dễ sản xuất, đốt nguyên liệu là có. Điều này chỉ đúng một phần. “Nhiều người cứ nghĩ cứ đốt phụ phẩm nông nghiệp xong là tạo thành than sinh học. Nhưng muốn có than sinh học chất lượng tốt, đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật, hiệu quả kinh tế, môi trường, chúng ta phải nắm được bí quyết công nghệ trong quá trình đốt”, TS. Võ Thành Công cho biết.

Bí mật nằm ở hai yếu tố quan trọng nhất trong quá trình đốt để tạo ra than sinh học: oxy và nhiệt độ. “Để tạo ra than sinh học, phải đốt nguyên liệu trong môi trường yếm khí. Nhiều nơi hiện nay đốt than nhưng để lượng không khí vào nhiều, đó là điều kiện hiếu khí chứ không phải yếm khí. Nếu nhiều oxy quá, carbon trong mạch hydrocarbon sẽ phản ứng với oxy, tạo thành CO2 bay đi mất, làm sản phẩm kém chất lượng, hàm lượng carbon thấp, ảnh hưởng đến các tính chất của than sinh học, chẳng hạn như giảm khả năng hấp phụ”, anh giải thích. Tương tự, “nhiệt độ trong lò đốt cũng rất quan trọng, tùy theo nhiệt độ lò đốt, cấu trúc, tính chất than sẽ khác nhau. Do vậy, việc khống chế thời gian, nhiệt độ là điểm mấu chốt để tạo ra sản phẩm mà chúng ra mong muốn”.

Nhờ nắm được bí quyết, việc tối ưu quy trình sản xuất than sinh học từ các phế phụ phẩm nông nghiệp tùy theo nguyên liệu, mục đích sử dụng là điều nằm trong tầm tay của các nhà nghiên cứu. Họ đã xây dựng quy trình và thiết bị phù hợp để sản xuất than sinh học cho từng loại nguyên liệu, gồm loại có khả năng tự cháy (hầu hết là phế phụ phẩm từ thực vật như rơm rạ, vỏ cà phê…) và không có khả năng tự cháy (như xương động vật). “Nếu phế phụ phẩm tự cháy được, chúng ta sẽ đưa vào thiết bị nhiệt phân, sau khi cháy xong sẽ thu được than sinh học, còn nguồn nhiệt dư có thể dùng để vận hành nồi hơi hoặc phục vụ các quy trình đốt nóng khác. Nếu phế phẩm không có khả năng tự cháy được như xương động vật hay các vật liệu ẩm ướt, chúng ta phải làm một thiết bị để cấp nhiệt từ bên ngoài vào, cấu trúc lò đốt cũng sẽ khác”, TS. Võ Thành Công cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên nhiều nguyên liệu như vỏ thanh long, vỏ cà phê, vỏ sắn cho đến xương bò… Kết quả cho thấy than sinh học được sản xuất theo các quy trình của nhóm nghiên cứu đạt chất lượng và hiệu quả tốt. Chẳng hạn, họ đã sử dụng than sinh học từ vỏ cà phê để sản xuất phân bón hữu cơ và thử nghiệm trên rau cải, cho thấy cây phát triển tốt hơn so với đối chứng. “Các loại than này có thể dùng làm chất cải tạo đất, chất xúc tác, chất xử lý môi trường, tùy theo nhu cầu của từng nơi. Đặc biệt, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy than xương có khả năng hấp phụ mạnh hơn than sinh học. Do đó, chúng ta có thể sử dụng than xương này để xử lý môi trường sẽ hiệu quả hơn”, TS. Võ Thành Công cho biết.

Dù thu được kết quả tích cực song nếu muốn mở rộng sản xuất và thương mại hóa sản phẩm than sinh học, sẽ còn rất nhiều việc cần làm. “Các kết quả mới ở quy mô phòng thí nghiệm. Để phát triển ra quy mô công nghiệp, chúng ta cần tính toán dựa trên đặc điểm và nhu cầu của từng nơi”, TS. Võ Thành Công phân tích. “Với vùng nguyên liệu phân mảnh nhỏ lẻ như Việt Nam, tôi nghĩ phát triển những mô hình có quy mô vừa phải dành riêng cho từng vùng sẽ rất phù hợp. Chẳng hạn những nơi muốn dùng than sinh học để xử lý nước, chúng ta sẽ sử dụng phụ phẩm ngay tại vùng đó để sản xuất than sinh học. Chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ xây dựng quy trình công nghệ, trang thiết bị cho bất cứ nơi nào có nhu cầu”.