Báo cáo: Khai thác biogas ở quy mô trang trại với mức đầu tư hợp lý

Bên cạnh những lợi ích về môi trường, chi phí năng lượng và phân bón vô cơ ngày càng tăng khiến việc sản xuất biogas tại trang trại trở thành một lựa chọn hấp dẫn về mặt hiệu quả chi phí

Ở nhiều lĩnh vực, người ta ngày càng chú trọng đến việc giảm phát thải khí gây ô nhiễm, và ngành chăn nuôi heo cũng vậy. Ngoài việc tuân thủ các quy định hiện hành, các yếu tố mới xuất hiện như giá phân bón vô cơ và năng lượng cao, có nghĩa là công tác xử lý nước phân được coi là tạo ra tài sản có giá trị hơn là một vấn đề cần được quản lý, cả về mặt sử dụng như một loại phân bón và về mặt sản xuất năng lượng.

Trong trường hợp cụ thể này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng nước phân làm nguồn năng lượng ở quy mô trang trại, đây là một trong những dự án chiến lược của Agrocat, một hợp tác xã nông nghiệp. Hệ thống này đã được thử nghiệm tại một trong những trang trại của họ, ở Catalonia, Tây Ban Nha, có 800 con heo nái và bán heo 20 kg. Chúng tôi đến thăm trang trại và được đi cùng với kỹ sư kỹ thuật nông nghiệp Rubèn Masnou, người phụ trách bộ phận hóa-nông (agro-chemical) và môi trường của hợp tác xã, và Carles Mas, người phụ trách trang trại.

Để tuân thủ mức giảm phát thải, người ta đã quyết định đậy hố chứa nước phân, do đó giảm thiểu phát thải amoniac vào khí quyển. Lớp phủ này tạo ra một môi trường yếm khí, ngoài việc thu được chất phân hủy với khả năng làm phân bón tốt hơn và đồng nhất hơn so với nước phân tươi với ít vấn đề về mùi hơn, còn tạo ra biogas (với nồng độ CH4 trên 64%), được quyết định để sử dụng như một nguồn năng lượng tự cung tự cấp cho trang trại.

Lắp đặt và vận hành

Các hầm phân dưới các nhà nuôi được xả hàng tuần và nước phân tươi được dẫn qua một đường ống đến bể nhận bằng trọng lực, từ đó nước phân được bơm hàng ngày với tốc độ khoảng 10m3 /ngày đến một bể bê tông 22x11x4 m liền kề được bao phủ bởi một tấm bạt propylene EPDM, được hỗ trợ bởi một dàn nóc bên trong, nơi nó trải qua quá trình phân hủy kỵ khí. Chất phân hủy cuối cùng được lưu trữ trong một hố liền kề, không có mái che.

Ảnh 1: Ảnh chụp từ trên cao của cấu trúc dây thừng hiện có dưới tấm bạt propylene. Ảnh 2: Ảnh chụp từ trên cao của hệ thống biogas bao gồm khu vực tiếp nhận nước phân tươi, khu vực yếm khí và khu vực chứa chất phân hủy .

Trong trường hợp này, quá trình đồng phân hủy không được thực hiện và không có motor gạt bùn trong thời điểm hiện tại. Sản lượng biogas thay đổi trong năm tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường và thành phần nước phân.

Biogas tạo ra được giữ lại dưới tấm bạt propylene và được dẫn vào trại. Sản lượng biogas, chỉ từ nước phân, ít nhưng đủ để sử dụng để sưởi ấm chuồng cai sữa gần như quanh năm. Vào những ngày không đủ sản lượng biogas, heo cai sữa được sưởi ấm bằng lò hơi sinh khối (biomass) hiện có của trại.

Tất cả quá trình sản xuất biogas đều gắn liền với việc sản xuất hydro sunfua, đó là lý do tại sao đường ống dẫn khí nghiêng về phía bể chứa để thu gom một phần hydro sunfua có trong khí ngưng tụ để chuyển hướng đến bể phân hủy. Vì nồng độ H2S được phát hiện là rất cao (2500 - 3500 ppm), chúng oxy hóa khoảng một giờ mỗi ngày để giảm nồng độ.

Chất phân hủy thu được là một loại phân bón đồng nhất hơn so với nước phân tươi và, như chúng ta đã đề cập, nó có khả năng làm phân bón cao hơn vì nó chứa một lượng lớn amoniacal N, dễ dàng được cây trồng hấp thụ. Suy xét đến việc chất phân hủy này cũng có thể giải phóng một lượng amoniac nhất định vào khí quyển, người ta đang nghiên cứu cách để giảm thiểu điều này (chôn lấp hoặc axit hóa).

Giá trị kinh tế

Ban đầu, loại giải pháp này cần các khoản đầu tư cao, nhưng nếu chúng ta tính đến việc có thể phải che phủ các bể hoặc hồ chứa bùn của mình để tuân thủ luật yêu cầu giảm phát thải amoniac và chúng ta sẽ tạo ra một nguồn năng lượng để được sử dụng trong trang trại của mình (nền kinh tế vòng tròn) - trong bối cảnh thực tế của giá năng lượng và phân bón cao - khoản đầu tư này có thể mang lại lợi tức đầu tư hấp dẫn.

Khoản đầu tư cơ bản ước tính khoảng 49.000 euro nếu không tính đến việc xây dựng các bể bê tông, trong đó một số bộ phận như motor gạt bùn, bộ lọc carbon cho hydro sulfua, và một số thiết bị đo lường và kiểm soát khí sẽ phải được thêm vào.

Trong năm đầu tiên vận hành và chạy thử, nhà máy đã sản xuất được khoảng 5.500 m3 biogas và dự kiến đạt sản lượng 12.000 m3, đủ bù đắp khoản đầu tư bạt che phủ và lắp đặt trong 5 - 6 năm.

Với giá năng lượng hiện tại, công trình này đang tiết kiệm khoảng €10.000/năm, ngoài việc giảm phát thải amoniac gần như 100% và thu được phân bón hữu cơ tốt hơn.