Xử lý bùn thải ao nuôi tôm chuyển hóa thành điện sinh học

Dự án “xử lý chất thải trong nuôi trồng thủy sản, chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua pin nhiên liệu rắn thế hệ mới” đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học và lãnh đạo, doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh Bến Tre tại Hội thảo ứng dụng Công nghệ Nano trong nông nghiệp lần thứ 6 (gọi tắt là WANA 6) do Viện Công nghệ Nano trường đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh phối hợp với các cơ quan, viện trường trong nước và  quốc tế tổ chức tại Bến Tre ngày 7 tháng 5 năm 2018.

Chu trình tuần hoàn của hệ thống chuyển đổi bùn thải ao nuôi tôm thành điện sinh học. Nguồn Front. Environ. Sci., 2017

Tại hội thảo, Tiến sĩ Yusuke Shiratoti từ Trường đại học Kyushu, Nhật Bản đã giới thiệu về dự án “xử lý chất thải trong nuôi trồng thủy sản, chuyển đổi thành năng lượng điện thông qua pin nhiên liệu rắn thế hệ mới”, đây là một trong những dự án trong khuôn khổ Chương trình hợp tác nghiên cứu Khoa học và Công nghệ vì mục tiêu phát triển bền vững (SATREPS), do Bộ Khoa học và Công nghệ Nhật bản (JST) và Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) đồng tài trợ, trên cơ sở xuất phát từ nhu cầu của các nước đang phát triển. Ngoài ra, dự án còn được sự quan tâm tham gia của các doanh nghiệp Nhật Bản đảm bảo sự kết hợp chặt chẽ giữa ngành nông nghiệp và các ngành công nghiệp hiện đại với nhiều công nghệ khác nhau: công nghệ xử lý nước (màng lọc), công nghệ xử lý chất thải sinh học (biogas), công nghệ phát điện hiệu suất cao (SOFC), công nghệ thổi khí hiệu suất cao (bộ sục khí) và công nghệ than hóa (sản xuất phân bón).

Nhóm nghiên cứu về lĩnh vực nông nghiệp đã hợp tác với công ty Meiwa Kogyo (thành phố Kanazawa) để nghiên cứu về điều kiện ao nuôi tôm và bùn thải, từ đó phát hiện rằng bùn của ao nuôi có thể được sử dụng như một nguồn cung cấp vi sinh kị khí tại chỗ để phân hủy các chất thải hữu cơ trong điều kiện thời tiết bình thường của địa phương. Bùn thải ao nuôi tôm với lưu lượng ổn định, có bổ sung bã sinh khối là nguyên liệu đầu vào của Bể sinh khí biogas, hỗn hợp khí sinh ra có chứa 60% khí Metan và 40% khí CO2.

Nhóm kỹ thuật cùng với Công ty Magnex (Thành phố Tachikawa, Tokyo) đã phát triển một hệ thống SOFC có công suất khoảng 1kW, trong đó hệ thống cung cấp điện được sản xuất bởi Công ty Nakayama Iron Works (thành phố Takeo, tỉnh Saga), điện được tạo ra từ hệ thống này sẽ cung cấp nguồn điện ổn định cho thiết bị sục khí nhằm đảm bảo cung cấp hiệu quả nguồn khí cho sự sinh trưởng và phát triển của tôm (máy thổi khí siêu mịn) do Công ty Daicen Membrane-Systems (Thành phố Himeji) giới thiệu; đồng thời, cung cấp điện cho hoạt động của trang trại với mục tiêu giảm mạnh tiêu thụ điện thương mại của các trang trại nuôi tôm ở địa phương.

Mô hình thử nghiệm đầu tiên được xây dựng vào tháng 9/2016 tại trại thực nghiệm của Công ty Hoàng Vũ, huyện Bình Đại, tỉnh Bến Tre và bắt đầu vận hành chính thức từ tháng 4 năm 2017. Tháng 1/2018, hệ thống phát điện dùng pin nhiên liệu thể rắn (SOFC) đầu tiên trong khu vực Đông Nam Á được vận hành tại trại thực nghiệm này. Khí biogas sinh ra từ nguồn chất thải sinh khối tại Bến Tre là hỗn hợp bã mía, bã cơm dừa và bùn thải đặc từ ao nuôi tôm cung cấp cho hệ thống SOFC 1kV tạo ra nguồn điện đạt hiệu suất 53,1% ở nhiệt độ 700oC với hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu là 69% (gấp 2 lần máy phát dùng động cơ biogas).

Ngoài tạo ra nguồn điện sạch, hệ thống màng lọc còn giúp cải thiện môi trường nước góp phần tăng tỷ lệ tôm sống lên 90% (đối chứng đạt 43%), trọng lượng trung bình tôm thu hoạch trong cùng thời gian là 14,8g (đối chứng 12,8g); ngoài ra, phần phụ phẩm từ bể lên men khi phối hợp với vỏ trấu và được than hóa sẽ tạo thành nguồn phân bón giàu dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng.

Hiện nhóm nghiên cứu đang tiến hành thử nghiệm và tiếp tục cải tiến để hệ thống hoạt động tối ưu trong lĩnh vực nuôi thủy sản; tuy nhiên, hệ thống và công nghệ này có tiềm năng rất lớn nếu như được ứng dụng trong lĩnh vực chăn nuôi, nhất là điều kiện nuôi heo hộ gia đình trên địa bàn tỉnh Bến Tre. Nếu được chuyển giao và tài trợ thì việc lắp đặt hệ thống phát điện cho một khu vực chăn nuôi trên địa bàn tỉnh để cung cấp nguồn điện cục bộ và sử dụng hiệu quả nguồn phân bón hữu cơ cho cây trồng là hoàn toàn phù hợp.