Bài giảng Năng lượng và thu hồi năng lượng

NĂNG LƯỢNG 
VÀ 
THU HỒI NĂNG LƯỢNG 
TS. Lê Quốc Tuấn 
Khoa Môi trường và Tài nguyên
Trường Đại học Nông Lâm TP. HCM 
Giới thiệu chung
9Việc sử dụng năng lượng tăng lên theo sự
phát triển của công nghiệp
9Nh ầ ă l khá h ở ỗiu c u n ng ượng c n au m
quốc gia, liên quan đến sự tiêu thụ nhiên
ề ốliệu và đi u kiện s ng
9Hiện nay khoảng 85% năng lượng của,
thế giới đều từ các nhiên liệu hóa thạch
9Nhiên liệu hóa thạch chủ yếu là than, dầu
và khí thiên nhiên
Sinh khối, địa nhiệt dùng cho 
phát điện 0 5%
Năng lượng từ địa nhiệt, ASMT, 
gió, gỗ, chất thải 0.86%
Năng lượng điện .
nguyên tử 5.76%
Năng 
lượng thủy 
điện 6 24% .
Dầu lửa
35.27%Khí thiên
hiên n
23.35%
Than 
28 02%.
Sử dụng năng lượng của thế giới năm 2006
Giới thiệu chung
9T thế hát t iể dầ th đá dầrong xu p r n, u, an n
được thay thế bằng năng lượng nguyên tử,
khí thiên nhiên
9Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch liên quan
đến nhiều vấn đề về môi trường như: Phát
i h khí hà kí h à á hất ô hiễs n n n v c c c n m.
9Khí thiên nhiên có thể thay thế than trong
phát điện vì ít khí thải và cho năng lượng
cao hơn.
M đí h ử d ă lục c s ụng n ng ượng
Phát sinh khí nhà kính do sử dụng 
hiê liệ h á th hn n u o ạc
Công nghiệp 18 4% Hộ gia đình 19.7% - 18.7 dùng sưởi ấm.
Công ty dịch vụ
13 4%.
Giao thông vận tải 9.9%
Nông nghiệp 9.9%
Phát thải khí nhà kính toàn cầu
Ảnh hưởng của việc đốt cháy nhiên liệu 
hóa thạch
• Sinh ra khí CO SO NO và bụi
2, 2, x, 
• Gây nên hiệu ứng nhà kính
Các biện pháp làm giảm ảnh hưởng 
của việc đốt nhiên liệu hóa thạch
¾Tăng cường các “bể chứa” CO2 như rừng,
biển khơi
¾Giảm phát thải khí nhà kính và các khí khác
bằng cách tăng hiệu quả sử dụng năng
lượng
¾Xử lý khí CO2 trước khi thải khí vào môi
t ờrư ng
¾Sử dụng nguồn năng lượng thay thế không
phát thải CO2
Các biện pháp thu hồi CO2
™Trồng lại hoặc trồng mới các cánh rừng
™Tách CO2 từ khí thải và đem chôn trong
ể ể ấ ếlòng bi n hoặc vào các b chứa đã l y h t
khí thiên nhiên.
™Sử dụng vi tảo để hấp thu CO2 và sử dụng
vi tảo như là nguồn dinh dưỡng sơ cấp
™Xử lý khí CO2 bằng các công nghệ hiện đại
(hấp thu CO2)
hố
i
n
h
k
r
a
s
i
ể
t
ạ
o
O
2
đ
ể
n
g
C
O
ử
d
ụ
n
S
ử
Phương thức lưu trữ CO 2 
(chôn trong các giếng dầu khai thác chưa hết)
Phát triển sinh
khối tảo từ CO2 
Hệ thống hấp thu CO2 bằng vi tảo
Dùng vi tảo vừa xử lý nước thải vừa hấp thu , 
CO2 và thu hồi sinh khối tảo
Tăng hiệu quả sử dụng 
nhiên liệu hoá thạch
9Các nhà máy phát điện dùng than đun sôi nước
để chạy máy phát điện, hiệu suất năng lượng chỉ
đạt 37%
9SO2 là nguyên nhân làm giảm hiệu suất đốt nhiên
liệu Xử lý lưu huỳnh trước khi đốt than hoặc.
dùng loại than có chứa ít lưu huỳnh.
9Dầ hứ ít l h ỳ h h ặ khí thiê hiêu c a ưu u n o c n n n
thường được sử dụng
ể9Có th làm giảm phát thải lưu huỳnh, nhưng
không thể giảm phát thải CO2 trong các quá trình
Nguồn năng lượng thay thế nhiên 
liệu hóa thạch
1 Năng lượng nguyên tử
. 
2. Năng lượng thủy điện
3. Năng lượng thủy triều
4 Năng lượng sóng. 
5. Năng lượng gió
6. Năng lượng địa nhiệt
7 Năng lượng mặt trời. 
8. Các quá trình sinh học
• Cho năng lượng lớn
• Ít khí thải
• Tạo ra/rò rỉ phóng xạ (nguy hiểm)
ế• Khó xử lý sau khi h t sử dụng
Năng lượng điện hạt nhân 
(năng lượng nguyên tử)
Hiện trạng phát triển năng lượng 
nguyên tử trên thế giới
Nhaø maùy thuûy ñieän
C ù h õ ù ñ ä à âi ø hS h kh â â hi ã o n öng tac ong ve mo tröông n ö:
luõ luït, giaûm doøng chaûy, vôõ ñaäp
aïc , ong o n em
Söû duïng laâu daøi vaø taùi phuïc hoài ñöôïc
Năng lượng gió
Năng lượng nhiệt từ lòng đất
Sử dụng địa nhiệt năm 2005
Năng lượng từ 
á h á ặt t ờin s ng m r
Vai trò năng lượng từ ánh sáng mặt trời 
• Trái đất nhận 1/2 109.
năng lượng ASMT phát
ra.
• 34% phản xạ
• 42% sưởi ấm trái đất
• 23% cho vòng tuần
hoàn nước
• 1% tạo gió và dòng
chảy đại dương
• 0.023% cho quang hợp
tạo sinh khối
Vai trò năng lượng 
từ ánh sáng mặt trời
• Năng lượng điều khiển khí quyển, đại
dương, sinh quyển.
• Năng lượng mặt trời cấp nhiệt để sưởi
ấ l h ể á khối khí h ểm, ưu c uy n c c , c uy n
thành điện năng
• Năng lượng cung cấp cho trái đất tùy
thuộc vào vĩ độ và cao độ của mỗi vùng
Mạng lưới bức xạ mặt trời trên mặt đất
Hấp thu và phát xạ năng lượng ASMT
Hấp thu năng lượng ASMT
Quang hợp của thực vật
(Biến quang năng thành hoá năng)
Hấp thu năng lượng ASMT
Sử dụng năng lượng ASMT
Chuyển thành điện năng Chuyển thành nhiệt năng
Biế ă ln n ng ượng 
ASMT thành điện 
năng
NĂNG LƯỢNG 
SINH HỌC 
Năng lượng sinh học
• Vật liệu sinh học luôn được xem là một nguồn
ă ln ng ượng
• Việc sử dụng vật liệu sinh học mới giúp làm
giảm việc đốt nhiên liệu hóa thạch, giảm phát
thải khí nhà kính
• Năng lượng từ vật liệu sinh học có thể được sử
dụng trực tiếp như đốt hoặc chuyển thành nhiên
liệu sinh học như methane, ethanol
• Các nguồn năng lượng sinh học:
– Đốt sinh khối, sản xuất methane và ethanol, dầu thực
vật
– Sản xuất hydrogen
Caùc nguoàn taùi taïo ñöôïc
Caùc nguoàn tieàm naêng töông lai
Đốt sinh khối
ố ấ• Sinh kh i liên quan ch t hữu cơ trong 
sinh vật sống và chết 
• Sinh khối từ các nguồn nông nghiệp, 
chất thải sinh hoạt và công nghiệp
Nhiều phương pháp được sử dụng• 
để thu năng lượng từ sinh khối: đốt 
trực tiếp, khí hóa, nhiệt phân
Những vấn đề khi sản xuất năng 
l i h h ở ô lớượng s n ọc quy m n
• Sự có sẵn của đất
ấ ủ• Năng su t c a các loài được 
nuôi/trồng
• Sự bền vững của môi trường
• Các yếu tố xã hội
S h ả ề ki h tế• ự n ạy c m v n
So sánh các nguồn năng lượng TÁI TẠO 
và KHÔNG TÁI TẠO
Biogas
(Khí i h h ) s n ọc
Khí sinh học
™Kết quả của quá trình phân huỷ kỵ khí chất thải
có BOD cao
™Khí i h h hứ kh ả 50 75% là ths n ọc c a o ng - me ane
™Ở các nước phát triển, trong khu xử lý nước
ểthải, khí sinh học được sử dụng đ chạy máy
bơm bùn/nước thải và cấp nhiệt cho hệ thống
xử lý kỵ khí
™Dùng cho nấu ăn và thắp sáng
™Nguồn khí sinh học khác có thể lấy từ Bãi chôn
lấp cũng được sử dụng để cấp năng lượng
hoặc chạy máy phát điện
Hầm Biogas
Dầu sinh học
9 Là nhiên liệu có thể thay thế nhiên liệu lỏng hóa
thạch trong chạy máy
9Dầ th ật khi đốt há ít i h SO à l iu ực v c y s n ra 2 v oạ
nhiên liệu dễ dàng bị phân hủy sinh học.
ầ ể9D u thực vật khi được sử dụng đ chạy máy
thường hay làm NGHẼN động cơ do có chứa
ềnhi u sáp và độ nhớt cao
9Việc sử dụng hỗn hợp dầu thực vật và nhiên liệu
hóa thạch có tính khả thi cao hơn.
9Việc chiết dầu thực vật cũng làm tăng giá thành
sử dụng loại nhiên liệu này
Ethanol
‰Vi i h ật ó khả ă ả ất th ls n v c n ng s n xu e ano
từ đường
‰Ethanol (20%) trộn với nhiên liệu hóa
thạch có thể dùng để chạy máy
Tính chất Ethanol Dầu lửa
Nhiệt độ sôi (0C) 78 35-200
Tỉ trọng (kg/L) 0 79 0 74. .
Nhiệt đốt cháy (MJ/kg) 27.2 44.0
Nhiệt hó h i 855 293 a ơ
Điểm cháy (0C) 45 13
ốChỉ s octane 99 90 - 100
Sản xuất Ethanol trên thế giới (Triệu lít)
Công nghệ truyền thống Công nghệ mới
s
ả
n
g
h
ệ
n
o
l
n
g
n
e
t
h
a
n
h
c
ô
n
u
ấ
t
e
s
á
n
h
x
u
S
o
Sản xuất Hydrogen
™Hydrogen là nhiên liệu lý tưởng, không gây ô
nhiễm môi trường vì khi đốt sản phẩm tạo ra chỉ
là nước
™Hydrogen có thể được sử dụng để chạy máy
hoặc phát điện
™Hydrogen có thể được sản xuất bằng các hệ
thống Quang điện Điện phân nước hoặc bằng,
các hệ thống sinh học
™Nề tả ủ NC à hì h thà h á h đâ 100n ng c a n y n n c c y
năm, khi Benemann phát hiện ra 1 loại vi khuẩn
l (A b li d i ) ó khả ă i h Ham na ena cy n r ca c n ng s n 2
ùD ng năng lượng 
ASMT để sản xuất 
Hydrogen
O2
H2O Hệ QH I
Hệ QH II O2
Ferredoxin Ức chế
Hydrogenase
HQ á ì h ả ấ h d bởi i ả 2u tr n s n xu t y rogen v t o
CÔNG NGHỆ THU HỒI 
Ă À ẤN NG LƯỢNG V VẬT CH T 
TỪ CHẤT THẢI RẮN ĐÔ THỊ 
Các hệ thống quản lý chất thải rắn ở 
vùng Đông Nam Á 
9 Tốc độ thu gom chất thải rắn: Singapore (90%), Bangkok,
J k d K l L (80 85%)a arta an ua a umpur –
9 Xử lý chất thải rắn: Tái chế, Bãi chôn lấp, Làm phân và
Thiê hủu y.
9 Các nhà máy làm phân và thiêu hủy được xây dựng
nhưng hoạt động không hiệu quả bởi các lý do sau:
9 Chi phí vận hành quá cao
9 Bảo trì và vận hành thiết bị kém
9 Thiếu các chuyên gia
9 Công tác tiền xử lý kém
9 Giá phân hữu cơ từ rác thải cao so với các loại phân bón
có trên thị trường
9 Phản đối của các địa phương có đặt lò đốt ngày càng tăng
Các hệ thống quản lý chất thải rắn ở 
ù Đô N Á
Quốc gia Các phương pháp xử lý (%)
v ng ng am 
Phân
bón
Chôn lấp
hở
Chôn lấp
kín
Đốt PP khác
Indonesia 15 60 10 2 13
Malaysia 10 50 30 5 5
Myanmar 5 80 10 - 5
Philippines 10 75 10 - 5
Singapore - - 30 70 -
Thailand 10 65 5 5 15
Vietnam 10 70 20- -
Các công nghệ xử lý rác thải giá rẻ
• Bãi chôn lấp có kiểm soát: có lớp sét, có hệ thống
thu gom và xử lý nước rò rỉ có hệ thống phủ,
• Bãi chôn lấp hợp vệ sinh: có nền đáy tổng hợp, có
hệ hố h à ử lý ớ ò ỉ ó hệ hố làt ng t u v x nư c r r , c t ng m
thoáng
• Bãi chôn lấp phản ứng sinh học: dùng cho phân
hủy sinh học chất thải
• Làm phân bón (theo luống hoặc thụ động)
• Làm phân bón trong thùng: công nghệ thấp nhưng,
hiệu quả và khả năng xử lý tốt, chỉ dùng cho vùng
thấp có mùi,
Thiết kế bãi chôn lấp 
Công viên Freshkill, ở New York 
được xây dựng trên nền BCL lớn nhất thế giới
Quá trình phục hồi bãi chôn lấp
bằng thảm thực vật ở Argentina
Phát điện (1 MW)
Durban, Nam Phi
Khí gas ở bãi chôn lấp 
Hệ thố h hồi ng p ục 
Công nghệ I: Làm phân theo 
l ốu ng 
Công nghệ II: Chất đống hiếu khí tĩnh
Công nghệ III: Làm phân trong thùng kín 
Bãi chôn lấp là cách làm phân giá rẻ từ các 
loại chất thải khác nhau (500 tấn/ngày) 
Bãi hô lấ Chất thải ắ đô thị Ch /th hẩ bc n p r n a ợ ực p m
Tổng hiệu suất tái
chế 2009 2014
175,000 350,000 600,000
 - 
(tấn CO2 phát thải)
Giảm thải methane 
(tấ CO hát
0.25 0.5 0.7
n 2 p
thải/tấn CTR) 
Lợi nhuận 1 triệu USD + trị 4-5 1-1.5
Triệu US$ giá của BCL
Lợi nhuận hàng 
năm
70,000 –
100,000
100,000 – 200,000 50,000 - 100,000
(US$ / năm)
• a: 65% thành phần hữu cơ (đòi hỏi phân loại, làm phân, và sàng lọc)
• b: 100% thành phần hữu cơ (chợ / chất thải thực phẩm)
Các công nghệ xử lý tiên tiến 
(CNXLTT)
¾ Công nghệ xử lý tiên tiến là biến chất thải thành năng
lượng, đòi hỏi những yếu tố cơ bản
– Tiền xử lý CTR: được sử dụng để chuẩn bị CTR cho xử lý bằng
CNXLTT và phân loại tất cả những thứ có thể tái chế được
– Bộ phận chuyển hóa (bể phản ứng)
ử ấ– Nhà máy x lý khí và ch t thừa (tùy chọn)
– Bộ phận làm sạch khí thải
¾ Nhà máy thu hồi và sản xuất năng lượng (tùy chọn): Năng
lượng/hệ thống sản xuất bao gồm turbine bộ đun sôi máy, ,
đốt để sản xuất năng lượng. Ngoài ra, ethanol hoặc các
chất hữu cơ khác cũng có thể được sản xuất nhiên liệu sinh
học.
Nhiệt phân 
¾ Không dùng cho mục đích thương mại, chỉ ở dạng
mô hình
¾ Sự phân giải các chất hữu cơ bởi nhiệt qua việc sử
dụng nguồn nhiệt gián tiếp
¾ Nhiệt độ trong khoảng 300 đến 850oC được duy trì
trong vài giây trong điều kiện thiếu oxy.
¾ Sản phẩm là than, dầu, khí tổng hợp bao gồm các
thành phần O2, CO, CO2, CH4 và phực hợp
hydrocarbon.
¾ Khí tổng hợp có thể được sử dụng để sản xuất năng
lượng hoặc một phần có thể nén lại để sản xuất dầu
hoặc sáp
Hóa khí 
™Quy mô nhỏ
™Là trung gian giữa nhiệt phân và đốt vì nó liên
quan đến sự oxi hóa một phần.
™Một ít nhiệt để kích thích và duy trì quá trình hóa
khí
™Oxygen được cung cấp, nhưng ở lượng thấp
khô đủ h i hó à đốt há h à t àng c o ox a v c y o n o n.
™Nhiệt độ trên 650oC
™Sản phẩm chủ yếu là khí tổng hợp
™Sản phẩm khác là các chất rắn không cháy (tro)
có hàm lượng carbon thấp
KHÍ TỔNG
SINH KHỐI
HỢP
K
H
Í
LÀM KHÔ
Ó
A
K
NHIỆT PHÂN
KHỦ 
H
Ó
OXI HOÁ
TRO
Ì
N
H
HƠN 
& KHÍ VÀO
Ô
H
Ì
M
Ô
Hóa khí bằng plasma
™Quy mô nhỏ
™Sử dụng dòng điện qua điện cực carbon hoặc 
graphite với hơi nước hoặc oxy hoặc không khí 
để tạo ra khí dẫn điện (plasma)
™Nhiệt độ trên 3000oC
™Hợp chất hữu cơ chuyển thành khí tổng hợp có 
thành phần là H2, CO
™Cá h hất hữ bị hó ắc ợp c u cơ a r n
Quy trình hóa khí plasma 
Đốt (thiêu hủy)
¾ Đốt cháy CTR có độ ẩm dưới 50%
¾ Lượng oxy phải đủ để oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu
ố ả C¾ Nhiệt độ đ t kho ng 850o
¾ Chất thải chuyển thành CO2, nước và các độc chất
(dioxin, furan)
¾ Những chất không cháy (kim loại, thủy tinh, chất vô
ắcơ) lưu lại dưới dạng r n
¾ Kiểm soát và xử lý khí thải từ quá trình đốt
¾ Cần nhiều năng lượng trong rác để duy trì quá trình
đốt, nếu không thì phải cung cấp năng lượng để duy
trì nhiệt độ cao
Phân hủy kỵ khí
• Chuyển hóa sinh học các hợp chất hữu cơ trong
điều kiện thiếu oxy ở 55 đến 75oC
• Sản phẩm là chất hữu cơ đã ổn định có thể sử
dụng như đất sau khi đã loại nước
• Phân hủy có thể được sử dụng trước tiên để làm
iả l bù h l i thải h ặ tái ử dg m ượng n c o oạ o c s ụng
• Khí methane sinh ra dùng để phát điện/cấp năng
ắlượng/th p sáng
Công nghệ xử lý CTR tiên tiến 
Đặc điểm của công nghệ xử lý CTR tiên tiến:
• Có sự ổn định cao, an toàn đối với môi trường
• Khối lượng rác xử lý thấp (cao nhất là 400
tấn/ngày ở Nhật)
• Vốn đầu tư cao
• Đòi hỏi phải có kỹ sư giỏi để vận hành
• Không sử dụng được cho hỗn hợp CTR chưa
phân loại
• Không tối ưu về mặt năng lượng và sản phẩm tạo
thà hn
Bảng so sánh các công nghệ
ử lý CTR tiê tiếx n n
Công nghệ Công xuất Lợi nhuận Trị giá Kế hoạch vận
nhà máy
(tấn/ngày)
(triệu USD) (USD/tấn) hành (tháng)
Nhiệt phân 70 270 16 90 80 150 12 30- - - -
Hoá khí 900 15 - 170 80 - 150 12 – 30
Đối 1300 30 - 180 80 - 120 54 – 96
Hoá khí Plasma 900 50 - 80 80 - 150 12 – 30
Phân huỷ kỵ khí 300 20 - 80 60 - 100 12 - 24
Làm phân trong
thùng
500 50 – 80 30 - 60 9 – 15
BCL hợp vệ sinh 500 5 10 10 20 9 15 - – –
BCL phân huỷ
sinh học
500 10 – 15 15 - 30 12 – 18
THU HỒI NĂNG LƯỢNG 
VÀ CHẤT THẢI 
ÔTRONG N NG NGHIỆP
KHÍ SINH HỌC - BIOGAS
(PHÂN HỦY KỴ KHÍ)
ĐÓNG KÍN VÒNG 
VẬT CHẤTChất thải gia súc 
Năng lượng từ khí 
sinh học để vận 
hành nhà máy SX 
th l để SX khí 
methane
e ano
Sinh khối dùng 
cho SX khí sinh 
NHÀ MÁYTHỨC ĂN Á Ế
học 
SX 
ETHANOL
GIA SÚC T I CH
Nhà máy SX ethanol đồng 
thời SX thức ăn gia súc
Trạm trungKhu tiếpChất thải Nhựa, 
chuyểnnhậnrắn
ấ ả
giấy, kim
loại
Khu lưu trữ
phân bón
Phòng
phátđiện Phân
bón
Khí sinh
học
Ch t th i
hữu cơ
Khí sinh học
(Biogas)
Nước
thải
Thứ ă
Bùn thải
Nơi lưu trữ
chất thải nông
Khu sản xuất
phân bón
c n
gia súc
Thức ăn
gia súc
nghiệpKhu sản
xuất gạch
Vật liệu
xây dựng
CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP
TỐI ƯU HÓA VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG 
TRONG NÔNG NGHIỆP BỀN VỮNG
Ngăn ngừaLựachọn tối
Giảm thiểu
ưu nhất
ế
Tái sử dụng
Thu hồi
ă l
Tái ch
Loại thải
n ng ượngLựa
chọn
kém
hấtn
TỔNG KẾT 
NHIÊN LIỆU SINH HỌC 
Tách chiết Ester hoá 
Thuỷ phân
Lên men
Ố
I
Khí hoá
K
H
Ố
Butanol
Khí h á
S
I
N
H
Nhiệt
phân
o
tổng
hợp
S
Tăng
cường H
KẾT LUẬN
• Việc sử dụng nhiên liệu SINH HỌC dần
ấđược ch p nhận do việc tăng nhanh của
giá dầu thô và khí đốt
• Thuận lợi của nhiên liệu SINH HỌC là:
Đ d ề ồ à đị h d (lỏ khí ắ )• a ạng v ngu n v n ạng ng, , r n
• Sạch, không phát thải hoặc giảm phát thải
Khô /ít i h khí CO là iả ấ lê t à• ng s n 2. m g m sự m n o n
cầu
Tái tạo được khó cạn kiệt• ,
• Chất thải tạo ra giảm, tái chế được
Tài liệu tham khảo
General Websites on CDM and JI:
• CFU website on CDM methodologies: Carbon Finance at the World Bank: Methodology
(www.carbonfinance.org)
• Website of the UNFCCC: CDM: CDM-Home ( and 
• Website on CDM (and JI) procedures (Ministry of the Environment Japan, Institute for
Global Environmental Strategies): 
W b it (UNEP Ri C t ) CDM ( d JI) i li i• e s e , sø en re : an p pe ne overv ew
Website on Waste Management
• World Bank website: www.worldbank.org/solidwaste
Websites useful for country information and data:
• National Communications (for Annex I and non-Annex I Countries) and National
Emissions Inventories (Annex I countries):
• IPCC Methodology reports (e.g. National Guidelines for National GHG Inventories) :
• Website for energy statistics (International Energy Agency):
• Website on Climate Analysis Indicators Tool (World Resources Institute):
• Website on emissions from oil and gas industry (US EPA Gasstar):