Ứng dụng công nghệ sinh khối: Xử lý phụ phẩm mía đường và lúa gạo

Nhóm nghiên cứu tham quan nhà máy sản xuất phân bón thuộc công ty mía đường Lam Sơn. Ảnh: NVCC

Tận dụng phụ phẩm từ sản xuất mía đường và lúa gạo

Với kinh nghiệm nhiều năm nghiên cứu trong lĩnh vực nông nghiệp, GS.TS. Đỗ Năng Vịnh cũng là người gắn bó với Công ty Mía đường Lam Sơn nhận thấy việc tận dụng sinh khối (vật liệu cây trồng) từ cây lúa và cây mía để tạo ra những sản phẩm hữu ích có thể là giải pháp hiệu quả để giải quyết phần nào bài toán kinh tế cũng như môi trường cho ngành mía đường và lúa gạo. “Kinh tế sinh khối là xu hướng trên thế giới hiện nay, vấn đề sinh khối cũng gắn liền với vấn đề môi trường. Hiện nay chúng ta sản xuất nông nghiệp tạo ra rất nhiều sinh khối, chẳng hạn như bã mía, rơm rạ,... nếu không giải quyết sẽ vừa lãng phí, vừa gây áp lực tới môi trường. Mía và lúa là cây có tiềm năng rất lớn về sinh khối, đặc biệt mía là một trong những cây có khả năng hấp thụ năng lượng Mặt trời cao nhất và tạo ra lượng sinh khối rất cao, tích lũy nhiều năng lượng và vật liệu. Nếu chúng ta thay đổi tư duy, coi cây mía không chỉ là cây lấy đường mà còn là cây sinh khối thì sẽ có nhiều hướng giải quyết, bên cạnh việc tạo ra đường, có thể dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học, điện sinh khối, phân bón hoặc sản xuất các vật liệu khác,... Tương tự, ở cây lúa cũng thế”, ông nhận xét.

Ý tưởng trên đã được hiện thực hóa thông qua đề tài Nghị định thư “Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng một số vật liệu mới (chất hấp thụ, hạt cải tạo và vải địa kỹ thuật) từ phế phụ phẩm mía đường và lúa để nâng cao giá trị gia tăng và phục vụ nông nghiệp bền vững - NĐT.22.GER/16” (2016-2020) do GS.TS. Đỗ Năng Vịnh làm chủ nhiệm đề tài với mục tiêu làm chủ ba quy trình công nghệ: sản xuất phân bón hữu cơ, vải địa kỹ thuật (tấm vải có tính thấm, dùng để lót trong đất nhằm mục đích phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước) và hạt hấp thụ để làm các vật liệu cải tạo đất, chống xói mòn, lọc nước từ các phế phụ phẩm rơm rạ, mía đường.

Hợp tác quốc tế để giải quyết vấn đề của Việt Nam

Từ năm 2014, GS.TS. Đỗ Năng Vịnh đã hợp tác với các nhà khoa học và doanh nghiệp Đức thông qua dự án xây dựng Trung tâm nông nghiệp công nghệ cao (nay là công ty Nghiên cứu và phát triển nông nghiệp công nghệ cao Lam Sơn) thuộc công ty mía đường Lam Sơn. Quá trình trao đổi giữa hai bên đã giúp ông nhận thấy “phía Đức rất quan tâm đến vấn đề sinh khối ở Việt Nam, do vậy, đã hình thành sự hợp tác giữa bốn đơn vị Công ty Mía đường Lam Sơn, Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme (trường ĐH Bách khoa Hà Nội), Viện Thổ nhưỡng nông hóa, Viện Di truyền nông nghiệp và ba đối tác Đức, bao gồm viện nghiên cứu thuộc ĐH kỹ thuật Bergakademie Freiberg (Đức), một công ty chuyên chế tạo các loại máy chế biến sinh khối.

Thoạt nhìn, đề tài có vẻ không quá phức tạp bởi việc sử dụng bã mía và rơm rạ để sản xuất phân bón hữu cơ, vật liệu hấp thụ và vải địa kỹ thuật đã phổ biến trên thế giới, thậm chí một số đơn vị trong nước đã làm ở quy mô nhỏ lẻ. Tuy nhiên, để tạo ra được ba quy trình sản xuất có thể ứng dụng trên quy mô lớn và phù hợp với điều kiện ở Việt Nam không phải là điều đơn giản. “Để có được quy trình tốt phải thực hiện nghiên cứu bài bản từ những vấn đề nhỏ nhất. Chẳng hạn như về sinh khối, chúng tôi phải nghiên cứu xem như trữ lượng ở đâu, sản xuất như thế nào, thành phần hóa học, cấu trúc vật lý ra sao. Có sinh khối (bã mía, rơm rạ) rồi thì phải xem bảo quản ở điều kiện nào để không bị mốc hỏng. Sau khi đưa vào sản xuất, phải nghiên cứu trong quá trình chế biến đấy các chất chuyển hóa như thế nào, tìm ra điều kiện nhiệt độ, độ ẩm phù hợp,... với mỗi quy trình sản phẩm. Chẳng hạn khi đưa vật liệu vào nghiền phải đảm bảo độ ẩm 40%, khi đó vật liệu mềm hơn, đỡ hại máy, rồi khi sản xuất viên hấp thụ, cần tìm nhiệt độ nung phù hợp để tạo ra được nhiều lỗ rỗng bên trong để hấp thụ tốt hơn, rồi xem có phải bổ sung chất kết dính để tạo viên, tránh bị vỡ. Khi sử dụng làm phân bón cải tạo đất phải xem độ ẩm bao nhiêu để lên men thành phân bón tốt nhất, liều lượng bón bao nhiêu, tác động sinh trưởng cây trồng tất cả như thế nào,... rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu”, GS.TS. Đỗ Năng Vịnh giải thích.

Mặc dù khối lượng công việc “đồ sộ” như vậy song quá trình triển khai không gặp quá nhiều khó khăn bởi các công việc đều được phân chia phù hợp với năng lực của các đơn vị tham gia ngay từ ban đầu. “Viện Di truyền rất am hiểu về giống, nên đảm nhiệm việc đánh giá giống và sinh khối cây mía và lúa. Bên Trung tâm polyme ở trường ĐH Bách khoa tham gia nghiên cứu tạo sợi từ sinh khối bã mía và rơm, tạo ra các hạt hấp phụ để hấp phụ nước, làm sạch. Nội dung thứ ba là chế tạo hạt phân bón, cả Viện Thổ nhưỡng nông hóa và Viện Di truyền nông nghiệp có chuyên môn về vi sinh vật nên cùng phối hợp làm. Sau khi hình thành quy trình thì chuyển giao cho Công ty Phân bón Lam Sơn (thuộc Công ty Mía đường Lam Sơn) để sản xuất. Phía bên Đức chủ yếu làm về vải địa kỹ thuật, máy móc, bên mình cử học sang học và cùng tham gia với họ”, GS.TS. Đỗ Năng Vịnh cho biết.

Sự phối hợp “nhịp nhàng” giữa các bên đã mang lại kết quả tích cực. Sau ba năm nghiên cứu, đề tài đã phát triển thành công ba quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh, hạt hấp thụ và vải địa kỹ thuật từ bã mía và rơm rạ ở Việt Nam. “Sản phẩm phân bón hữu cơ vi sinh đã được sử dụng để phục vụ mô hình trồng dưa lưới ở Công ty Mía đường Lam Sơn. Phản hồi của công ty rất tốt, bởi mô hình dưa lưới cho quả có năng suất và chất lượng cao hơn so với đối chứng. Mục tiêu của chúng tôi là tiến tới các sản phẩm nông nghiệp hữu cơ ở Việt Nam. Hiện nay phần lớn các đơn vị sản xuất rau quả sạch ở Việt Nam phải sử dụng giá thể nhập từ nước ngoài rất đắt, trong khi đó, giá thể phân bón hữu cơ vi sinh từ bã mía vừa hiệu quả lại rẻ hơn các sản phẩm nhập ngoại, hoàn toàn có thể dùng để sản xuất rau quả hữu cơ”, GS.TS.Đỗ Năng Vịnhcho biết.

Trong khi đó, sản phẩm vải địa kỹ thuật cũng được thử nghiệm ở Thanh Hóa và thành phố Saxon ở Freiberg (Đức) cho thấy hiệu quả cao. “Những tấm vải địa kỹ thuật vừa giữ đất, chống xói mòn, vừa phân hủy tạo thành chất dinh dưỡng. Trước kia, vải địa kỹ thuật từ xơ dừa phải mất ba năm mới phân hủy, nhưng vải địa kỹ thuật từ phế phẩm nông nghiệp ở Việt Nam sẽ phân hủy chỉ trong vòng 1-1,5 năm. Đối với các nhà sản xuất gạo và mía đường ở các nước đang phát triển, những kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng sinh khối trước đây thường bị lãng phí. Do sản xuất lúa và mía đường chiếm tỷ trọng lớn trong sản xuất nông nghiệp ở châu Á nên tiềm năng là rất lớn. Riêng tại Việt Nam, hằng năm có tới 75 triệu tấn phụ phẩm hữu cơ từ quá trình sản xuất thực phẩm, chẳng hạn như gạo và đường, ngoài ra còn có cà phê,...”, Katja Schaldach, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở Viện Kỹ thuật Quy trình Nhiệt, Môi trường và Tài nguyên (ĐH Kỹ thuật Bergakademie Freiberg) trả lời phỏng vấn trên Innovationorigins.

Cũng như các đề tài nghiên cứu ứng dụng nói chung, việc đi từ kết quả nghiên cứu tới tới sản xuất trên quy mô lớn là một quãng đường dài. “Hiện nay chúng tôi mới làm ở giai đoạn thử nghiệm, tiếp theo phải tính đến thử nghiệm ở quy mô pilot, sau đó mới mở rộng ở nhà máy. Hiện nay quy trình, nhân lực của chúng tôi hoàn toàn có thể đáp ứng được, thiết bị có thể nhập khẩu từ Đức, họ báo giá khoảng 8-9 tỷ đồng. Vấn đề là ai sẵn sàng đầu tư để làm giai đoạn tiếp theo”, ông bày tỏ.