Tiến Sĩ Đánh giá tiềm năng xây dựng mô hình đô thị sinh khối thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên

1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Tài nguyên sinh khối được xem là nguồn năng lượng mới, có khả năng
tái sinh và thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. Đây là nguồn tài nguyên
được đánh giá là phát sinh lượng khí thải nhà kính ở mức độ thấp, đồng thời,
là nguồn tài nguyên có trữ lượng sinh khối dồi dào. Sinh khối chứa năng
lượng hóa học, nguồn năng lượng tử mặt trời tích lũy trong thực vật qua quá
trình quang hợp. Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía,
vỏ, xơ bắp v v ), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ v.v ) [6], giấy vụn,
mêtan từ các bãi chôn lấp, trạm xử lý nước thải, phân từ các trại chăn nuôi gia
súc và gia cầm. Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí được đốt
để phóng thích năng lượng. Sinh khối, đặc biệt là gỗ, than gỗ (charcoal) cung
cấp phần năng lượng đáng kể trên thế giới. Ít nhất một nửa dân số thế giới dựa
trên nguồn năng lượng chính từ sinh khối. Con người đã sử dụng chúng để
sưởi ấm và nấu ăn cách đây hàng ngàn năm. Hiện nay, gỗ vẫn được sử dụng
làm nhiên liệu phổ biến ở các nước đang phát triển. Sinh khối cũng có thể
chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng như mêtanol, êtanol dùng trong các động
cơ đốt trong; hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu
năng lượng ở quy mô gia đình [14] .
Việt Nam với thế mạnh là một đất nước nông nghiệp, đa dạng các loại
sinh khối, điều kiện khí hậu thuận lợi để phát triển nhiều loại cây làm nguyên
liệu cho nhiên liệu sinh học. Tuy nhiên, hiện nay nguồn tài nguyên quan trọng
này vẫn chưa được quan tâm, sử dụng, phân phối hiệu quả. Phần lớn được
đem đi thải bỏ dẫn đến các tác động tiêu cực đến môi trường và gây lãng phí
tài nguyên.
Theo “Chiến lược sinh khôi Nippon” tại Nhật Bản tài nguyên sinh khối
có thể chia làm 3 loại: Sinh khối chất thải rắn (bao gồm phân động vật từ hoạt 2
động chăn nuôi, chất thải thức ăn, chất thải hữu cơ phân hủy từ các nhà công
trình xử lý chất thải, bùn thải, nước đen ); Sinh khối chưa sử dụng hiệu quả từ
các hoạt động trồng trọt, lâm nghiệp còn lại sau khi đã thu hoạch các sản phẩm
chính như gạo, bắp, đậu, gỗ như tro trấu, rơm rạ, cành cây khô, lá cây cắt tỉa,
mùn cưa ; và Thực vật sản xuất năng lượng (như mía đường, ngô, gạo, lúa
mạch .) [24]. Nhật Bản từ năm 2003 đã đưa ra khái niệm và tích cực thực hiện
Dự án phát triển các thị trấn sinh khối (biomass town), đồng thời hướng tới
nhân rộng mô hình này tại các nước Tây Á, trong đó có Việt Nam. Mục tiêu
vào năm 2010, Nhật Bản sẽ có 300 mô hình đô thị sinh thái [25]. Khái niệm
"đô thị sinh khối" được hiểu là cộng đồng, thành phố hay các loại đô thị tự trị
trong đó có hệ thống sử dụng tài nguyên sinh khối tích hợp được xây dựng
bằng mạng lưới các quy trình, công nghệ tái sử dụng hiệu quả sinh khối từ khi
phát sinh cho đến khi sử dụng cuối cùng, dưới sự liên kết chặt chẽ giữa tất cả
bên có liên quan trong cộng đồng và được khuyến khích phát triển trong tương
lai với một hệ thống sử dụng sinh khối bền vững, phù hợp với địa phương.
Chương trình khí biogas do Bộ NN&PTNT thực hiện đã đạt được
những kết quả khả quan trong việc sử dụng sinh khối, mang về giải thưởng về
năng lượng ở Bỉ năm 2006, đã và đang cải thiện chất lượng môi trường nông
thôn và cung cấp năng lượng cho hộ gia đình. Hướng tới mục tiêu xây dựng
một hệ thống sử dụng tài nguyên sinh khối một cách hiệu quả, bền vững, cải
thiện chất lượng cuộc sống, tạo các điều kiện phát triển ở vùng nông thôn,
vùng ven đô thành phố cũng như cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường do
chất thải hữu cơ gây ra là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ
thực tiễn trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu Nhà trường và Ban chủ
nhiệm khoa Sau Đại học - Trường Đại học Nông Lâm thái Nguyên, dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo TS Hà Xuân Linh, tôi tiến hành luận văn “Đánh giá
tiềm năng xây dựng mô hình đô thị sinh khối thành phố Thái Nguyên, tỉnh 3
Thái Nguyên” nhằm tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu đánh giá tiềm
năng và đề xuất mô hình sử dụng sinh khối bền vững tại địa phương.
2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu, đánh giá tiềm năng sinh khối (biomass town) tại Thành
phố Thái Nguyên.
- Nghiên cứu và tìm hiểu lựa chọn các mô hình phù hợp đem lại hiệu
quả sử dụng cao.
- Đề xuất xây dựng mô hình sử dụng sinh khối bền vững tại địa phương.
3. Những yêu cầu của đề tài
- Đưa ra tổng quan chung về năng lượng sinh khối.
- Xác định tính hiệu quả và phù hợp của việc xây dựng mô hình đô thị
sinh khối.
- Đề xuất giải pháp có tính khả thi và các mô hình ứng dụng sử dụng
sinh khối.
- Đánh giá các lợi ích của mô hình sinh khối được đề xuất
4. Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
- Là nguồn cơ sở dữ liệu cho các nghiên cứu về sau;
- Cung cấp thêm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu về việc sử
dụng sinh khối và xây dựng thị trấn sinh khối.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Vận dụng được kiến thức đã học và kinh nghiệm của các nước để tạo
ra nguồn năng lượng sinh khối đồng thời giảm thiểu lượng rác thải sinh học
gây ô nhiễm môi trường.
- Giúp các cơ quản lý có kiến thức sâu hơn về năng lượng sinh khối từ
đó đưa ra chính sách, biện pháp quản lý phù hợp nhất với địa phương. 4
- Nâng cao năng lực cho cán bộ chính quyền các cấp trực tiếp làm công
tác quản lý và sử dụng sinh khối.
- Xây dựng các mô hình sử dụng sinh khối hợp lý và có hiệu quả.
- Nâng cao năng lực thể chế để xây dựng chính sách, luật, kế hoạch
hành động, kế hoạch đầu tư cấp Trung ương, thành phố về quản lý sinh khối
tại địa phương.


iv
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN .ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii
MỤC LỤC . iv
DANH MỤC CÁC BẢNG .viii
DANH MỤC CÁC HÌNH . ix
MỞ ĐẦU . 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích của đề tài 3
3. Những yêu cầu của đề tài . 3
4. Ý nghĩa của đề tài . 3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 5
1.1.1. Cơ sở pháp lý . 5
1.1.2. Cơ sở lý luận 6
1.1.2.1. Sinh khối . 6
1.1.2.2. Năng lượng sinh khối 8
1.1.2.3. Tiềm năng sinh khối 9
1.1.2.4. Nguồn sinh khối 9
1.1.2.5. Những thách thức về việc sử dụng năng lượng sinh khối . 15
1.2. Cơ sở thực tiễn 17
1.2.1. Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối trên thế giới . 17
1.2.2. Hiện trạng sử dụng năng lượng sinh khối ở Việt Nam 20
1.2.2.1. Tiềm năng 20
1.2.2.2. Hiện trạng 22 v
1.2.2.3. Ứng dụng của sinh khối . 26
1.2.3. Các Dự án sinh khối tại Việt Nam 27
1.3. Các nghiên cứu tương tự 28
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 29
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 29
2.3. Nội dung nghiên cứu . 29
2.3.1. Một số đặc điểm chính về tình hình tự nhiên và kinh tế, xã hội của địa
bàn nghiên cứu . 29
2.3.2. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tác động đến đề tài
nghiên cứu 29
2.3.3. Đánh giá tiềm năng phát sinh sinh khối của thành phố Thái Nguyên 29
2.3.4. Các vấn đề phát sinh liên quan đến hiện trạng sử dụng nguồn sinh khối
thành phố Thái Nguyên 29
2.3.5. Đánh giá các lợi ích của mô hình sinh khối và Đề xuất mô hình đô thị
sinh khối của thành phố Thái Nguyên 29
2.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu . 30
2.4.1. Cách tiếp cận 30
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu 30
2.4.2.1. Thu thập số liệu sơ cấp 30
2.4.2.2. Thu thập số liệu thứ cấp . 32
2.4.2.3. Phương pháp tính toán và ước lượng sinh khối 32
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 35
3.1. Một số đặc điểm chính về tình hình tự nhiên và kinh tế, xã hội của tỉnh
Thái Nguyên . 35
3.1.1. Điều kiện tự nhiên của thành phố Thái Nguyên 35
3.1.1.1. Vị trí địa lý 35 vi
3.1.1.2. Địa hình, thổ nhưỡng . 36
3.1.1.3. Đặc điểm thời tiết và khí hậu . 37
3.1.2. Tình hình nhân khẩu và lao động của thành phố Thái Nguyên 38
3.1.3. Hệ thống cơ sở hạ tầng . 39
3.2. Đánh giá thuận lợi, khó khăn về kinh tế - xã hội của Thành phố Thái
Nguyên tác động đến đề tài nghiên cứu 41
3.2.1. Cơ cấu kinh tế . 41
3.2.2. Những lợi thế về kinh tế - xã hội 42
3.2.3. Những thuận lợi trong việc sử dụng nguồn sinh khối 44
3.2.4. Những khó khăn đối với việc sử dụng nguồn sinh khối 44
3.3. Đánh giá tiềm năng sinh khối tại Thái Nguyên 45
3.3.1. Sinh khối chất thải 45
3.3.1.1. Chất thải sinh hoạt . 45
3.3.1.2. Chất thải chăn nuôi 47
3.3.2. Sinh khối nông nghiệp 50
3.3.3. Sinh khối cây trồng lâm nghiệp 56
3.4. Các vấn đề phát sinh liên quan đến hiện trạng sử dụng nguồn sinh khối
thành phố Thái Nguyên 58
3.4.1. Hiện trạng sử dụng sinh khối 58
3.4.2. Đánh giá tính hiệu quả của các mô hình sinh học đang sử dụng 59
3.4.2.1. Mô hình biogas 59
3.4.2.2. Phương pháp đốt 59
3.4.2.3. Phương pháp ủ phân compos . 60
3.4.2.4. Phương pháp chôn lấp . 60
3.5. Lợi ích của mô hình đô thị sinh khối và đề xuất mô hình đô thị sinh khối
cho thành phố Thái Nguyên 61
3.5.1. Lợi ích của mô hình đô thị sinh khối . 61 vii
3.5.1.1. Lợi ích môi trường . 61
3.5.1.2. Lợi ích kinh tế . 61
3.5.1.3. Lợi ích xã hội 63
3.5.2. Đề xuất mô hình đô thị sinh khối cho thành phố Thái nguyên 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
1. Kết luận 67
2. Kiến nghị 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. Tiếng Việt
II. Tiếng Anh và tài liệu dịch
III. Tài liệu Internet
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Một số hình ảnh về sinh khối
Phụ lục 2: Một số hình ảnh về các hình thức sử dụng sinh khối
Phụ lục 3: PHIẾU ĐIỀU TRA