Lò đốt sinh khối Biomass giúp Nhật Bản tiến gần hơn tới mục tiêu năng lượng tái tạo
Như một điều kỳ diệu của thời hiện đại về sự tái tạo, ngành điện Nhật Bản đang cạnh tranh với các đối thủ như David Bowie, Madonna và Prince. Trong thập kỷ trước 2011, nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân đã thống trị lưới điện của đất nước, tạo ra gần 90% điện cho quốc đảo này. Nhưng sau trận sóng thần kinh hoàng năm 2011, chính quyền Nhật Bản đã đóng cửa 11 lò phản ứng hạt nhân trên toàn quốc (chiếm khoảng 30% lượng điện năng của Nhật Bản vào thời điểm đó) và tăng cường nhập khẩu khí đốt tự nhiên hóa lỏng (Liquified natural gas – LNG), dầu nhiên liệu và than để đốt trong các nhà máy điện trên cả nước.
Điều này đã tạo ra tác động tiêu cực đáng kể đến việc xả thải khí CO2 của ngành điện Nhật Bản. Để chống lại hệ quả này, từ năm 2015, chính phủ đã đề xuất một mục tiêu đầy tham vọng, tăng lượng điện được sản xuất từ nguồn tái tạo lên 24% lượng điện quốc gia vào năm 2031.
Cho đến nay, Nhật Bản đã nâng tỷ lệ điện tái tạo trên tổng lưới điện từ dưới 13% vào năm 2011 lên đến 16% vào năm 2018. Và ngành điện tái tạo còn tương đối non trẻ của Nhật Bản, mà chủ yếu là thủy điện, năng lượng mặt trời, địa nhiệt và gió, đã sử dụng một công nghệ đã có từ rất lâu: sinh khối – Biomass.
Giới thiệu nhanh: Sinh khối Biomass là loại vật liệu hữu cơ từ động vật và thực vật mà còn người đốt để chúng để sản xuất năng lượng. Người tiền sử (Homo erectus) đã học được cách tạo ra ngọn lửa từ gỗ để đun nóng thức ăn và sưởi ấm vào khoảng 1,7 triệu năm trước, nhưng ngày nay, sinh khối bao gồm các loại cây thân gỗ hoặc cây thân thảo như liễu, chi dương và cỏ voi, và khí sinh học thu được từ thức ăn thối rữa và phân động vật.
Bạn có thể tự hỏi sinh khối trở trành một nhiên liệu tái tạo như thế nào, trong khi đốt cháy bất kỳ vật liệu hữu cơ nào cũng thải ra carbon dioxide như dầu, khí đốt hoặc than đá. Sacha Parneix, Giám đốc Thương mại của GE’s Steam power giải thích rằng, thực vật đốt cháy vì sinh khối cũng đã hấp thụ carbon dioxide để quang hợp trong suốt vòng đời ngắn ngủi của chúng. Điều này có nghĩa là, ngay cả trước khi bị đốt cháy, chúng đã quang hợp đủ để bù đặp lượng CO2 thải ra sau đó. “Đây là một phép toán và các phương trình, và khi kết thúc lượng CO2 gần như bằng
Chừng nào con người còn tiếp tục thay thế rừng bằng các đồn điền mía mà họ đốt, thì sinh khối có thể là một phần của chu trình tái tạo. Trong bối cảnh đồn điền phát triển vững mạnh này, Hoa Kỳ, Liên minh Châu Âu và Liên Hợp Quốc công nhận sinh khối có nguồn gốc thực vật là một nguồn năng lượng tái tạo.
Đó chính xác là những gì đã diễn ra ở Kamisu, một thành phố nhỏ phía bờ đông của Nhật Bản, nơi GE Steam Power đã ký hợp đồng với tập đoàn Hitachi Zosen để thiết kế, sản xuất và cung cấp các bộ phận chính của một nhà máy điện sinh khối có nguồn gốc thực vật nhằm sản xuất ra 50MW điện cho lưới điện quốc gia.
Sinh khối là loại vật liệu hữu cơ từ động vật và thực vật mà còn người đốt để chúng để sản xuất năng lượng. Người tiền sử (Homo erectus) đã học được cách tạo ra ngọn lửa từ gỗ để đun nóng thức ăn và sưởi ấm vào khoảng 1,7 triệu năm trước, nhưng ngày nay, sinh khối bao gồm các loại cây thân gỗ hoặc cây thân thảo như liễu, chi dương và cỏ voi, và khí sinh học thu được từ thức ăn thối rữa và phân động vật. Nguồn ảnh: GE Steam Power. Hình trên cùng: Vỏ hạt cọ và viên nén gỗ được đốt trong nồi hơi để đun nóng nước và tạo ra hơi nước, hơi nươc sau đó được đưa vào tuabin ở áp suất cao, quay một máy phát để sản xuất điện trên lưới. Hơi nước sau đó được làm mát, ngưng tụ lại thành nước và trở lại lò hơi để bắt đầu quá trình trong một chu trình nước kín. Nguồn ảnh: GE Steam Power.
Nhà máy Kamisu sẽ đốt một hỗn hợp gồm vỏ hạt cọ, là sản phẩm thải từ sản xuất dầu cọ và viên nén gỗ, được làm từ chất thải từ các nhà máy gỗ. Một chu trình trung hòa carbon sẽ kết thúc: Các đồn điền sẽ sử dụng các phế thải của họ để tạo ra điện.
Phải thừa nhận rằng, năng lượng được tạo ra từ sinh khối không phải phương pháp sản xuất điện có chi phí rẻ nhất nhưng nó cung cấp công suất đáng tin cậy – và đối trọng với sự mất cân bằng tự nhiên (và dẫn đến sự mất ổn định lưới điện) từ các nguồn năng lượng tái tạo khác như mặt trời hoặc gió. Đó là lý do tại sao chính quyền Nhật bản đang đưa ra các chính sách khuyến khích việc sản xuất điện từ sinh khối, với mức thuế suất 24 yên / kWh trả cho nhà sản xuất. “Nếu không có sự trợ cấp đó, nhiều dự án có thể không mang lại lợi ích kinh tế, nhưng quốc gia này muốn đáp ứng các mục tiêu tái tạo và cần phải coi trọng sự phụ thuộc của sản xuất điện,” ông Parneix. cho biết.
Trong khi sinh khối có nguồn gốc từ thực vật gần như trung hòa lượng carbon, trái ngược với lượng carbon do than đá thải ra. Nhưng quá trình sản xuất năng lượng từ cả hai loại nhiên liệu này là nhu nhau. Vỏ hạt cọ và viên gỗ được đốt trong nồi hơi để đun nóng nước và tạo ra hơi nước, chảy vào tuabin ở áp suất cao, quay một máy phát để sản xuất điện. Hơi nước sau đó được làm mát, ngưng tụ lại thành nước và trở lại lò hơi để bắt đầu quá trình trong một chu trình nước kín.
Đây là một quá trình mà GE có rất nhiều kinh nghiệm. “Chúng tôi đã đi đầu trong công nghệ năng lượng hơi nước trong hơn một thế kỷ”, Parmeix cho biết. “Nhiên liệu trong lò hơi có thể khác nhau, và thậm chí trung hòa carbon, nhưng quá trình là giống nhau”.
Kamisu sẽ sử dụng nồi tầng sôi tuần hoàn (CFB), phá vỡ các khối sinh khối và than hồng chưa cháy – giống như đốt lửa – cho đến khi chúng cháy hoàn toàn. Ngọn lửa ổn định, chậm và tương đối mát, trái ngược với lò đốt thông thường, cũng giảm thiểu các oxit nitrat không mong muốn (NOx), thứ sẽ được tạo ra khi nhiệt độ ngọn lửa cao. Nguồn ảnh: GE Steam Power.
Tuy nhiên, không phải tất cả các nhiên liệu đều được đốt theo cùng một cách. Sinh khối có thể cháy tương đối chậm và cần nhiều không gian để đốt cháy. Kamisu sẽ sử dụng nồi tầng sôi tuần hoàn (CFB), phá vỡ các khối sinh khối và than hồng chưa cháy – giống như đốt lửa – cho đến khi chúng cháy hoàn toàn. Ngọn lửa ổn định, chậm và tương đối mát, trái ngược với lò đốt thông thường, cũng giảm thiểu các oxit nitrat không mong muốn (NOx), thứ sẽ được tạo ra khi nhiệt độ ngọn lửa cao. “Nhiệt độ càng thấp, mức độ NOx nhiệt càng thấp,” ông Parneix cho biết. Ông giải thích rằng quá trình đốt cháy trong CFB đốt sinh khối của GE thường là khoảng 800-850 độ C; trong một nồi hơi tiêu chuẩn, nhiệt độ có thể lên tới 1.500°C. Những con số nhỏ hơn đó chuyển thành không khí sạch hơn cho những người sống trong và xung quanh Kamisu, một thành phố có dân số gần 100.000 người.
Kamisu cũng được trang bị các bộ lọc loại bỏ bụi giúp ngăn các hạt mịn trong khí thải thoát ra khỏi ống khói của nhà máy và vào không khí xung quanh. “Chúng là những túi vải, sẽ thu gom và lưu giữ bụi từ khí thải một cách bền vững,” ông Parneix cho biết.
Bởi vì sinh khối không phải phương thức sản xuất điện có chi phí thấp nhất, nên nó có thể không phải là một lựa chọn cho các quốc gia không đủ khả năng chi trả, Parneix thừa nhận. Nhưng sinh khối có nguồn gốc từ thực vật có vai trò lớn với các nước tương đối giàu và đang tìm cách cắt giảm lượng khí thải CO2 và có đủ khả năng chuyển đổi nhanh chóng và bền vững sang năng lượng tái tạo. “Điều này giải thích tại sao ngày nay chủ yếu là các nước thuộc OECD như Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Âu và Bắc Mỹ đang lên kế hoạch xây dựng công suất mới cho năng lượng sinh khối, theo ông Parneix.