Việc phát sinh chất thải rắn đô thị (CTRĐT) liên tục tăng trên quy mô toàn cầu. Sự gia tăng phát sinh CTRĐT được xác định là do tác động của các yếu tố khác nhau bao gồm tăng trưởng kinh tế, mở rộng dân số, phát triển công nghiệp, đô thị hóa và di cư từ nông thôn ra thành thị, v.v. Cùng với sự gia tăng khối lượng chất thải, thành phần CTRĐT cũng ngày càng trở nên không đồng nhất và phức tạp hơn do sự phát triển của các nền kinh tế hiện đại lấy người tiêu dùng làm trung tâm.

Cùng với sự phát sinh CTRĐT và nhu cầu quản lý bền vững của nó thì nhu cầu năng lượng toàn cầu cũng tăng lên. Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo cho nhiệt, điện và các dạng sản xuất nhiên liệu sinh học khác nhau đã trở thành ưu tiên hàng đầu trong các chính sách năng lượng quốc gia và toàn cầu. CTRĐT được đánh giá cao như một nguồn năng lượng tái tạo.

Thuật ngữ WtE (Waste to energy technology) dùng để chỉ việc xử lý chất thải để thu hồi năng lượng dưới dạng nhiệt và điện hoặc các nhiên liệu thay thế khác ở thể khí, lỏng và rắn.

  Có ba con đường chuyển đổi WtE chính là nhiệt hóa, sinh hóa và hóa lý. Tuy nhiên, có nhiều loại công nghệ quy trình WtE khác nhau và mỗi công nghệ, quy trình tuân theo một trong ba con đường chuyển đổi được đề cập ở trên hình 1. 

Hình 1. Phân loại các công nghệ WtE liên quan đến đường dẫn chuyển đổi.

   Cơ chế của con đường chuyển đổi nhiệt hóa là cần nhiệt năng để phá vỡ cấu trúc phân tử của các thành phần CTRĐT và chuyển đổi các phân tử lớn hơn thành phân tử nhỏ hơn. Sau đó, lượng oxy bổ sung được cung cấp kết hợp với các nguyên tử hydro và carbon được giải phóng từ các phân tử chất thải lớn đã bị phân hủy và tạo ra nhiều năng lượng hơn mức cung cấp để phá vỡ cấu trúc phân tử phức tạp của các thành phần CTRĐT. Đặc trưng của các công nghệ đi theo con đường chuyển đổi nhiệt hóa là sử dụng nhiệt độ rất cao để chuyển đổi các phần nhỏ khác nhau của CTRĐT thành nhiệt, điện và các sản phẩm giá trị gia tăng khác. Những công nghệ này bao gồm đốt, nhiệt phân và khí hóa. Trong đó, đốt là một công nghệ WtE được sử dụng phổ biến nhất trên toàn cầu.

   Quá trình chuyển đổi sinh hóa CTRĐT thành năng lượng liên quan đến các tác nhân sinh học hoặc vi sinh vật như nấm men, để chuyển đổi phần hữu cơ của chất thải thành nhiên liệu sinh học ở dạng khí hoặc lỏng. Phân hủy kỵ khí và lên men là công nghệ WtE đi theo con đường chuyển đổi sinh hóa. Trong đó: 

• Phân hủy kỵ khí: với sự hỗ trợ của các vi sinh vật trong điều kiện không có oxy tự do, xảy ra quá trình phân hủy phần hữu cơ của CTRĐT. Khí sinh học được tạo ra trong quá trình phân hủy kỵ khí có thể được sử dụng để thay thế khí tự nhiên trong quá trình tạo nhiệt và năng lượng. Tuy nhiên, hiệu suất sản xuất nhiệt và điện từ khí sinh học vào khoảng 5,5-7,5kW/p, thấp hơn so với khí tự nhiên. Điều này là do nhiệt trị của khí sinh học bằng khoảng 2/3 so với khí tự nhiên. Chất phân hủy lỏng và chất xơ được tạo ra trong quá trình phân hủy kỵ khí có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô thứ cấp trong ngành công nghiệp phân bón, …
• Quá trình lên men cũng sử dụng vi sinh để phân hủy các vật liệu hữu cơ trong môi trường không có oxy. Nó là một quá trình trao đổi chất được thực hiện trong điều kiện không được khử trùng bằng cách sử dụng nấm men hoặc vi khuẩn để chuyển hóa đường thành rượu. Ứng dụng etanol có thể được sử dụng để thay thế xăng làm nhiên liệu vận chuyển CO2 có thể được hóa lỏng và bán dưới dạng đá khô cho các ngành công nghiệp bánh kẹo hoặc thực phẩm chế biến để tạo thêm doanh thu, …

   Là quá trình chuyển đổi các phần chất béo của chất thải thực phẩm trong dòng CTRĐT thành dầu diesel sinh học. Quá trình chuyển hoá este là công nghệ WtE nổi tiếng nhất tuân theo con đường chuyển đổi hóa lý và chuyển đổi chất thải thực phẩm, đặc biệt được sử dụng dầu ăn (UCO – Used cooking oils) và chất béo động vật thành nhiên liệu lỏng (ví dụ: dầu diesel sinh học). Dầu diesel sinh học có thể thay thế dầu diesel hóa dầu và có thể được sử dụng làm nhiên liệu xe.

   Các công cụ đánh giá môi trường ngày càng trở nên quang trọng hơn do mối quan tâm ngày càng tăng về việc bao gồm các tác động môi trường của các sản phẩm và hệ thống sản xuất khác nhau nhằm mục đích phát triển bền vững trong ngành công nghiệp. LCA là một trong nhiều công cụ có thể được coi là công cụ đánh giá môi trường rộng nhất.

Hình 2. Mô hình công nghệ LCA

   Nó là một công cụ có giá trị để ghi lại những cân nhắc về môi trường trong vòng đời của 1 sản phẩm, dịch vụ, hàng hóa hoặc một dự án cần là một phần của quá trình ra quyết định hướng tới tính bền vững. LCA đánh giá các khía cạnh môi trường quan trọng và tác động của chúng cùng quá trình khai thác đến sản xuất, sử dụng và giai đoạn cuối cùng của vòng đời, do đó xem xét toàn bộ vòng đời –từ khi còn nhỏ (từ khi thu mua nguyên liệu thô thông qua sản xuất, sử dụng và thải bỏ).

LCA giúp tránh vấn đề chuyển dịch qua các giai đoạn khác nhau của hệ thống sản phẩm bằng cách tính đến các quy trình thượng nguồn và hạ nguồn và mở rộng trọng tâm ra ngoài ranh giới vật lý. Nó cũng định lượng tất cả các phát thải có liên quan, các nguồn tài nguyên đã tiêu thụ và cạn kiệt và bao gồm nhiều loại tác động liên quan đến mọi giai đoạn của đời sản phẩm. Trong 1 thập kỷ gần đây, LCA đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá môi trường của các công nghệ WtE cả với tư cách là công nghệ độc lập hoặc như một phần của hệ thống quản lý CTRĐT tích hợp. Ví dụ sử dụng đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) cho đánh giá tác động môi trường của hệ thống sản xuất biogas tập trung từ chất thải rắn đô thị trong các tòa nhà.

Tài liệu tham khảo: A Framework for the Selection of Suitable Waste to Energy Technologies for a Sustainable Municipal Solid Waste Management System – Nhóm tác giả: Ahsan Farooq, Piyanon Haputta, Thapat Silalertruksa and Shabbir H.Gheewata.

Phụ trách bài viết: Đỗ Thị Huệ