0
Cam kết của Pháp với Liên minh châu Âu về việc cắt giảm 15% lượng phát thải amoniac vào năm 2030 so với mức năm 2005 đang thúc đẩy ngành chăn nuôi heo tìm kiếm các giải pháp mới, cả đối với các trang trại hiện hữu và các dự án xây dựng mới. Bên cạnh pH, nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự bay hơi của amoniac. Trong khi biện pháp axit hóa phân lỏng chưa được áp dụng rộng rãi tại Pháp do những hạn chế về kỹ thuật, kinh tế và cả yếu tố xã hội, thì việc kiểm soát nhiệt độ đang được xem là một hướng đi đầy triển vọng.
Trong khuôn khổ một dự án do ADEME và PNDAR tài trợ, IFIP đã điều phối một nghiên cứu tập trung vào hai khía cạnh kiểm soát nhiệt độ trong chuồng nuôi heo thịt: nhiệt độ môi trường chuồng nuôi và nhiệt độ phân lỏng.
Giảm nhiệt độ phân lỏng: Hệ thống làm mát dưới đáy hầm chứa và hệ thống làm mát trên bề mặt phân lỏng
Một phần của dự án tập trung vào việc triển khai các hệ thống nhằm giảm nhiệt độ của phân lỏng được lưu trữ trong hầm chứa dưới sàn khe của chuồng nuôi heo thịt. Các hệ thống làm mát này bao gồm một hệ thống đường ống tiếp xúc trực tiếp với phân lỏng, được kết nối với bơm nhiệt và hệ thống thu hồi nhiệt. Một chất tải nhiệt lưu thông trong mạng lưới đường ống này, giúp hấp thụ nhiệt từ phân lỏng và truyền đến hệ thống lưu trữ và/hoặc sử dụng nhiệt. Nguồn nhiệt thu hồi từ phân lỏng có thể được tận dụng để làm nóng bồn chứa nước nóng hoặc gia nhiệt sơ bộ không khí cho chuồng cai sữa hoặc chuồng đẻ.
Hai hệ thống làm mát phân lỏng đã được lắp đặt trong các ô chuồng nuôi heo thịt tại trạm nghiên cứu thực nghiệm của IFIP ở Romillé, Pháp:
- Hệ thống làm mát phân lỏng dưới đáy hầm chứa, với dàn ống được cố định ở đáy hầm chứa phân dưới sàn khe.
- Hệ thống làm mát trên bề mặt phân lỏng, với dàn ống được gắn trên một bệ nổi đặt trên bề mặt phân lỏng
Ở cả hai hệ thống, công suất làm mát đạt 20 W/m².
Pit-bottom slurry cooling system under experimental conditions. Source: IFIP.
Bốn lứa heo thịt được theo dõi nhằm đánh giá cả năng suất chăn nuôi (tăng khối lượng trung bình ngày, hệ số chuyển đổi thức ăn, thành phần thân thịt) và hiệu quả môi trường (lượng phát thải amoniac, nitơ oxit và mê-tan, cũng như thể tích và thành phần của phân lỏng). Các cảm biến nhiệt độ được lắp đặt ở nhiều độ sâu khác nhau trong hầm chứa phân dưới sàn khe để đánh giá ảnh hưởng của từng hệ thống làm mát đến nhiệt độ phân lỏng.
Song song với việc theo dõi các lứa heo tại trạm nghiên cứu thực nghiệm của IFIP, các phép đo cũng được thực hiện tại một trang trại thương mại được trang bị hệ thống làm mát phân lỏng dưới đáy hầm chứa, với công suất làm mát lắp đặt là 10 W/m². Quy trình theo dõi trong thử nghiệm tại trang trại thương mại gần như giống hoàn toàn với quy trình áp dụng trong điều kiện thực nghiệm.
Giảm phát thải mê-tan mà không ảnh hưởng đến năng suất chăn nuôi
Trong cả điều kiện thực nghiệm và tại trang trại thương mại, không ghi nhận sự khác biệt về năng suất của heo thịt giữa các hệ thống làm mát phân lỏng và các ô chuồng đối chứng.
Trong nghiên cứu của IFIP, hệ thống làm mát phân lỏng dưới đáy hầm chứa giúp giảm nhiệt độ phân lỏng tới 10°C trong điều kiện thực nghiệm, nhưng chỉ giảm khoảng 2,5°C khi áp dụng tại trang trại thương mại. Trong khi đó, hệ thống làm mát trên bề mặt chỉ giúp giảm khoảng 7°C.
| Lượng phát thải (kg N/C/ô chuồng/năm) | Điều kiện thực nghiệm | Điều kiện trang trại | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Ô chuồng đối chứng | Ô chuồng sử dụng hệ thống làm mát phân lỏng dưới đáy hầm chứa | Ô chuồng sử dụng hệ thống làm mát bề mặt phân lỏng | Ô chuồng đối chứng | Ô chuồng sử dụng hệ thống làm mát phân lỏng dưới đáy hầm chứa | |
| Amoniac (NH₃) | 2.2 ± 1.3 | 1.9 ± 1.4 | 2.3 ± 1.3 | 1.9 ± 0.9 | |
| Nitơ oxit (N₂O) | 0.08 ± 0.08 | 0.08 ± 0.08 | 0.09 ± 0.08 | nm | nm |
| Mê-tan (CH₄) | 4.3 ± 2.9 | 1.8 ± 0.9 | 2.7 ± 1.2 | 13.0 ± 5.8 | 10.5 ± 5.1 |
nm : not measured
Lượng phát thải khí tại các ô chuồng đối chứng được xem là đại diện sau khi đối chiếu với các kết quả đã được công bố trong các nghiên cứu trước. Đối với các ô chuồng được trang bị hệ thống làm mát phân lỏng, lượng phát thải amoniac chỉ giảm 14% trong điều kiện thực nghiệm, trong khi không ghi nhận hiệu quả đáng kể tại trang trại. Đối với khí mê-tan, việc giảm nhiệt độ đã làm chậm hoạt động của các vi khuẩn sinh mê-tan, nhờ đó lượng phát thải giảm 59% ở hệ thống làm mát phân lỏng dưới đáy hầm chứa và giảm 38% ở hệ thống làm mát bề mặt phân lỏng trong điều kiện thực nghiệm. Trong điều kiện thực tế tại trang trại, mức giảm này chỉ đạt 19%.
Điểm mới của nghiên cứu này là đã cung cấp số liệu về phát thải mê-tan, nội dung mà trước đây chưa được các nhóm nghiên cứu khác công bố. Kết quả cho thấy làm mát phân lỏng là một giải pháp hiệu quả để giảm phát thải mê-tan, trong khi hiệu quả giảm phát thải amoniac thấp hơn so với các nghiên cứu trước. Sự khác biệt này được giải thích bởi công suất làm mát lắp đặt: hiệu quả giảm phát thải amoniac tỷ lệ thuận với công suất làm mát, với mức giảm khoảng 10% cho mỗi 10 W/m² công suất lắp đặt. Điều này cũng lý giải vì sao hiệu quả giảm phát thải trong điều kiện trang trại thấp hơn so với điều kiện thực nghiệm (10 W/m² so với 20 W/m²).
Hệ thống làm mát phân lỏng: Giải pháp đầy tiềm năng nhưng vẫn còn những hạn chế về kỹ thuật
Giảm nhiệt độ phân lỏng là một hướng tiếp cận đầy triển vọng nhằm hạn chế phát sinh khí amoniac tại các trang trại chăn nuôi heo. Bên cạnh đó, kỹ thuật này còn mang lại lợi ích bổ sung nhờ khả năng thu hồi nhiệt, tạo thêm động lực để ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong bối cảnh chi phí năng lượng ngày càng tăng. Tuy nhiên, việc triển khai hệ thống này tại các chuồng nuôi hiện hữu vẫn gặp một số hạn chế về kỹ thuật, chẳng hạn làm giảm thể tích sử dụng của hầm chứa phân dưới sàn khe.
Nadine Guingand, kỹ sư môi trường tại IFIP – Institut du Porc.