Trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng và thực hiện cam kết Net Zero, một nhóm nghiên cứu do GS.TSKH. Bùi Văn Ga (Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng) chủ trì đã hoàn thành đề tài “Mô-đun sản xuất điện hòa lưới công suất nhỏ từ chất thải sinh hoạt và sản xuất ở nông thôn”, mang lại những kết quả đột phá, vừa giải quyết bài toán môi trường, vừa mở ra triển vọng phát triển năng lượng sạch cho khu vực nông thôn.
Theo nhóm nghiên cứu, rác thải sinh hoạt và sản xuất không chỉ là gánh nặng môi trường mà còn là nguồn tài nguyên quý giá nếu được xử lý đúng cách. Hiện nay, phần lớn chất thải rắn sau tái chế vẫn phải đem chôn lấp, gây ô nhiễm đất, nước, phát thải khí nhà kính (CH₄, CO₂) và lãng phí tài nguyên. Trong khi đó, năng lượng sinh khối (biomass) được đánh giá có tiềm năng lớn, đứng thứ tư sau than đá, dầu mỏ và khí đốt. Nếu chuyển hóa thành nhiên liệu khí tổng hợp (syngas) để sản xuất điện, lượng CO₂ phát thải sẽ được cây xanh hấp thụ, góp phần cân bằng carbon thay vì tạo ra CH₄ – loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh gấp 20 lần.
Điểm đặc biệt của công trình là mô-đun điện-rác tích hợp trong hệ thống năng lượng tái tạo lai (HRES), kết hợp điện mặt trời, điện gió, biomass và công nghệ sản xuất hydrogen xanh. Trong đó, rác khó phân hủy được nén thành viên nhiên liệu RDF để khí hóa thành syngas, còn rác hữu cơ dễ phân hủy dùng sản xuất biogas. Hai loại khí này, sau khi lọc sạch, được hòa trộn cùng hydrogen tạo ra từ điện phân nước nhờ nguồn năng lượng tái tạo. Hỗn hợp nhiên liệu linh hoạt này được đưa vào động cơ đốt trong cải tiến để phát điện, đồng thời có thể đấu nối trực tiếp vào lưới điện.
Sơ đồ tổng thể hệ thống năng lượng tái tạo lai solar-wind-biomass
Phân tích bằng phần mềm HOMER cho thấy, phương án mô-đun điện-rác kết hợp sản xuất hydrogen có hiệu quả kinh tế tương đương với mô-đun không sản xuất hydrogen, nhưng lại giảm phát thải CO₂ nhiều hơn. Hydrogen tạo ra còn có thể được sử dụng như nhiên liệu sạch cho xe gắn máy – phương tiện phổ biến ở nông thôn. Đặc biệt, xe máy sử dụng pin nhiên liệu hydrogen có mức phát thải khí nhà kính chỉ bằng 15% so với xe điện accu, đồng thời có ưu thế về thời gian nạp nhiên liệu nhanh và quãng đường hoạt động dài.
Để khắc phục những hạn chế kỹ thuật của biomass, nhóm nghiên cứu đã đề xuất nhiều giải pháp: ép rác thành viên RDF để tăng mật độ năng lượng gấp 10 lần, sử dụng không khí giàu oxygen để nâng nhiệt trị syngas lên gấp đôi, áp dụng vật liệu lọc H₂S mới từ bentonite và zeolite tái sinh nhằm kéo dài tuổi thọ động cơ. Ngoài ra, động cơ tĩnh tại truyền thống đã được cải tạo bằng hệ thống vòi phun kép điều khiển điện tử, giúp sử dụng linh hoạt hỗn hợp syngas – biogas – hydrogen.
Chế biến biomass thành viên nén nhiên liệu RDF
Một hướng nghiên cứu đáng chú ý khác là phối hợp hydrogen với xăng sinh học. Khi bổ sung hydrogen, các vấn đề kỹ thuật của xăng sinh học hàm lượng ethanol cao (ăn mòn, khó khởi động ở nhiệt độ thấp, giảm quãng đường di chuyển) đều được cải thiện đáng kể, hỗ trợ lộ trình tăng tỷ lệ E10, E20 trong tương lai.
Kết quả nghiên cứu mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi: từ mô-đun sản xuất điện nhỏ phục vụ hộ gia đình, hợp tác xã, đến hệ thống năng lượng tái tạo lai kết hợp sản xuất hydrogen xanh cho cộng đồng nông thôn; từ việc cải tiến động cơ hiện có sang chế tạo xe máy hydrogen – xăng sinh học, tiến tới xe máy pin nhiên liệu hydrogen.
Đề tài không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn, khi góp phần xử lý rác thải, giảm phát thải khí nhà kính, tiết kiệm năng lượng hóa thạch, đồng thời tạo động lực cho ngành công nghiệp năng lượng tái tạo ở Việt Nam. Trong bối cảnh Chính phủ đã công bố lộ trình dừng phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch từ năm 2040, công trình của nhóm GS. Bùi Văn Ga được kỳ vọng sẽ là giải pháp hiệu quả, góp phần hiện thực hóa cam kết Net Zero vào năm 2050.