Công nghệ Biogas là gì? Ứng dụng của Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi

Công nghệ Biogas trong chăn nuôi là quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ (nước tiểu, phân gia súc, gia cầm) để tạo ra khí sinh học (CH4, CO2) và phân bón hữu cơ nhờ vào vi sinh vật.

Trong chăn nuôi, từ quy mô nông hộ đến các trang trại công nghiệp, quản lý chất thải là một trong những thách thức lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và hiệu quả vận hành. Nếu không xử lý đúng cách, các chất thải chăn nuôi có thể gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí. Đồng thời, áp lực từ chi phí năng lượng ngày càng gia tăng cũng đặt ra yêu cầu về những giải pháp vận hành hiệu quả và bền vững hơn.

Trước bối cảnh đó, công nghệ biogas được xem là giải pháp tối ưu, cho phép xử lý chất thải hữu cơ và thu hồi khí sinh học để sản xuất năng lượng tái tạo. Thông qua quá trình phân hủy chất hữu cơ trong môi trường yếm khí (không có oxy), chất thải chăn nuôi được chuyển hóa thành nguồn năng lượng sạch, trong khi phần bã sau xử lý được tận dụng làm nguồn phân bón hữu cơ chất lượng cao, góp phần hoàn thiện mô hình nông nghiệp tuần hoàn.

1. Công nghệ biogas trong chăn nuôi là gì?

Công nghệ biogas trong chăn nuôi là phương pháp xử lý chất thải hữu cơ thông qua quá trình phân hủy yếm khí. Các loại chất thải như phân gia súc, gia cầm, nước tiểu và nước thải được thu gom, đưa vào hầm hoặc bể kín. Trong môi trường không có oxy, hệ vi sinh vật sẽ phân giải các chất hữu cơ qua nhiều giai đoạn và tạo ra khí sinh học, hay còn gọi là biogas.

Biogas là hỗn hợp khí với thành phần chính gồm CH₄ (chiếm khoảng 50 - 60%) và CO₂ (chiếm khoảng 30%). Ngoài ra, biogas còn chứa một lượng nhỏ hơi nước, H₂S, H₂, N₂, O_2,CO và một số hợp chất khác tùy thuộc nguyên liệu đầu vào và điều kiện vận hành hệ thống. Sau khi được thu hồi và xử lý phù hợp, biogas có thể sử dụng làm nhiên liệu đun nấu hoặc cấp cho máy phát điện, qua đó vừa xử lý chất thải, vừa tận dụng nguồn năng lượng tái tạo phục vụ sản xuất.

Công nghệ biogas là phương pháp xử lý chất thải hữu cơ thông qua quá trình phân hủy yếm khí

>> Tham khảo thêm:

2. Nguyên lý hoạt động của hầm biogas

Hầm biogas hoạt động dựa trên quá trình phân hủy yếm khí, trong đó hệ vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ trong môi trường không có oxy. Quá trình này có thể khái quát qua 3 giai đoạn chính:

Phân hủy chất hữu cơ: Phân gia súc, gia cầm và các nguồn chất thải hữu cơ như rác nhà bếp, bã mía, bã hèm bia… được đưa vào hầm. Trong điều kiện yếm khí, hệ vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ qua nhiều bước chuyển hóa và tạo ra khí biogas.
Hình thành khí methane: Biogas gồm chủ yếu là CH₄ (50 - 60%, chất gây cháy sinh năng lượng) và CO₂. Sau khi thu hồi và xử lý, khí methane này được dùng để đun nấu, phát điện hoặc vận hành thiết bị.
Duy trì môi trường yếm khí: Để quá trình phân hủy diễn ra ổn định và duy trì hiệu quả xử lý chất thải, hầm cần được thiết kế kín và hạn chế sự xâm nhập của oxy, đồng thời giảm thất thoát khí sinh học.

3. Các loại hầm biogas hiện nay phổ biến nhất

Tùy theo quy mô chăn nuôi, diện tích, ngân sách đầu tư và yêu cầu vận hành, người chăn nuôi có thể lựa chọn loại hầm biogas phù hợp với điều kiện thực tế.

3.1. Hầm biogas xây gạch

Hầm biogas xây gạch thường được xây dựng cố định dưới lòng đất bằng gạch, bê tông và các vật liệu chống thấm. Ưu điểm của loại hầm này là có thể chủ động thiết kế kích thước, thể tích theo quy mô đàn vật nuôi và điều kiện mặt bằng. Nhờ kết cấu kiên cố, hầm phù hợp với các trang trại chăn nuôi có nhu cầu xử lý chất thải ổn định và sử dụng hệ thống trong thời gian dài.

Hầm biogas xây gạch có thời gian thi công tương đối dài và yêu cầu cao về kỹ thuật thiết kế và quá trình thi công. Khả năng chống thấm và độ kín khí cũng cần được đặc biệt chú trọng để hạn chế tình trạng nứt, thấm nước hoặc rò rỉ khí trong quá trình vận hành. Khi hầm xảy ra hư hỏng, việc kiểm tra, xác định vị trí và sửa chữa thường phức tạp hơn so với các hệ thống biogas lắp đặt sẵn.

3.2. Hầm biogas composite

Hầm biogas composite được chế tạo sẵn từ vật liệu composite và lắp đặt tại vị trí đã được chuẩn bị trước. So với hầm biogas xây gạch, loại hầm này có kết cấu gọn, thời gian lắp đặt nhanh và giảm bớt các công đoạn thi công tại chỗ. Đặc biệt, vật liệu composite có khả năng chống tác động của môi trường từ bên ngoài và hóa chất tốt.

Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu của hầm biogas composite có thể cao hơn so với hầm xây gạch. Hiệu quả và độ bền của hệ thống phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm, thiết kế, vị trí lắp đặt và kỹ thuật thi công. Bên cạnh đó, các đường ống, van và mối nối cần được lắp đặt, kiểm tra đúng kỹ thuật để hạn chế nguy cơ rò rỉ, gây thất thoát khí trong quá trình sử dụng.

3.3. Hầm biogas hộ gia đình dạng túi biogas

Túi biogas là hệ thống sử dụng vật liệu mềm để chứa chất thải và thu khí trong một khoang kín. Nhờ cấu tạo đơn giản, mô hình này có thể triển khai tương đối nhanh, không đòi hỏi nhiều công đoạn xây dựng, phù hợp với những hộ chăn nuôi có lượng chất thải không quá lớn.

Một trong những ưu điểm của túi biogas là chi phí đầu tư và lắp đặt tương đối thấp. Khi được thiết kế, lắp đặt đúng kỹ thuật, túi có thể thu hồi khí sinh học để phục vụ một số nhu cầu năng lượng trong gia đình. Tuy nhiên, do sử dụng vật liệu mềm, độ bền và tuổi thọ của túi phụ thuộc nhiều vào chất lượng vật liệu, điều kiện môi trường và cách sử dụng, bảo vệ. Vì vậy, người dùng cần thường xuyên kiểm tra túi, đường ống và các mối nối để kịp thời phát hiện, xử lý nguy cơ rò rỉ khí.

4. Công nghệ biogas có những ưu điểm và hạn chế gì?

Công nghệ biogas mang lại nhiều lợi ích trong xử lý chất thải chăn nuôi, đồng thời tạo ra nguồn năng lượng có thể tái sử dụng. Tuy nhiên, hệ thống cũng có một số hạn chế cần cân nhắc trước khi đầu tư và vận hành.

Ưu điểm:

Bảo vệ môi trường: Chất thải chăn nuôi được thu gom và xử lý trong hầm kín, giúp giảm mùi hôi, hạn chế ô nhiễm đất, nguồn nước và không khí.
Tạo nguồn khí đốt: CH₄ được tạo ra trong quá trình yếm khí là thành phần có khả năng cháy, có thể sử dụng để đun nấu hoặc phát điện.
Tận dụng chất thải làm phân bón: Phần bã sau quá trình phân hủy có thể được xử lý và sử dụng làm phân bón hữu cơ, giúp tận dụng nguồn dinh dưỡng và hỗ trợ tái sử dụng tài nguyên trong chăn nuôi.

Hạn chế:

Yêu cầu diện tích: Hệ thống cần có mặt bằng phù hợp để xây dựng hoặc lắp đặt hầm, khu vực thu gom chất thải và đường ống dẫn khí.
Phụ thuộc vào kỹ thuật thi công: Nếu thiết kế, xây dựng hoặc lắp đặt không đúng kỹ thuật, hầm và đường ống có thể bị nứt, hở hoặc rò rỉ khí, làm giảm hiệu quả sinh biogas và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn.

5. Mô hình ứng dụng công nghệ biogas trong chăn nuôi của C.P. Việt Nam

Tại C.P. Việt Nam, biogas không chỉ được xem là một công nghệ xử lý chất thải mà được tích hợp vào định hướng phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn trong hoạt động chăn nuôi.

Là tiêu chuẩn bắt buộc: Hệ thống biogas được triển khai đồng bộ tại các trang trại nội bộ và áp dụng bắt buộc đối với trang trại chăn nuôi liên kết (Contract Farming), nhằm kiểm soát và xử lý chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi.
Tự chủ năng lượng: Khí sinh học (CH4) được thu hồi từ quá trình phân hủy chất thải để chạy máy phát điện. Nguồn điện này có thể phục vụ quạt thông gió, hệ thống sưởi (úm) vật nuôi và các hoạt động cần thiết trong chuồng trại.
Tận dụng tối đa phế phẩm: Bã bùn sau quá trình xử lý biogas được tiếp tục xử lý thành phân bón hữu cơ. Nước thải được xử lý qua hệ thống hồ sinh học đạt chuẩn an toàn trước khi xả thải, góp phần giảm tác động đến môi trường.
Bảo vệ cộng đồng: Hệ thống xử lý chất thải giúp kiểm soát mùi hôi, hạn chế nguy cơ ô nhiễm đất và nguồn nước ngầm, qua đó giảm ảnh hưởng đến khu vực xung quanh trang trại.
Cam kết Net Zero: Việc thu hồi khí sinh học để tạo năng lượng và tái sử dụng phụ phẩm góp phần giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời minh chứng thực tế cho định hướng phát triển bền vững và xây dựng mô hình kinh tế tuần hoàn của C.P. Việt Nam.

Công nghệ biogas được áp dụng tại các trang trại chăn nuôi của C.P. Việt Nam

Công nghệ biogas được áp dụng tại các trang trại chăn nuôi của C.P. Việt Nam giúp tận dụng chất thải chăn nuôi để tạo năng lượng tái tạo, góp phần giảm tác động đến môi trường

>> Tham khảo thêm:

Công nghệ biogas trong chăn nuôi không chỉ giúp xử lý chất thải, giảm ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo và phân bón hữu cơ. Khi được đầu tư, vận hành đúng kỹ thuật, biogas có thể nâng cao hiệu quả sản xuất, tiết kiệm tài nguyên và giảm phát thải. Đây là giải pháp thiết thực để thúc đẩy chăn nuôi tuần hoàn, hướng đến nền nông nghiệp xanh và phát triển bền vững.

Tại C.P. Việt Nam, chúng tôi tin rằng mỗi bước tiến trong kinh doanh phải luôn đi đôi với sự bền vững của hệ sinh thái. Với cam kết hướng tới mục tiêu Net Zero vào năm 2050, C.P. Việt Nam không ngừng hiện thực hóa trách nhiệm qua mô hình Kinh tế tuần hoàn và chuỗi giá trị tích hợp Feed - Farm - Food bền vững.
Chúng tôi nỗ lực tối ưu hóa năng lượng tái tạo, xử lý phế phẩm thành nguồn tài nguyên và kiên trì với dự án “C.P. Việt Nam - Hành trình vì một Việt Nam xanh” được triển khai từ 2021, hướng tới mục tiêu trồng 3 triệu cây xanh trong 10 năm để trung hòa carbon.
Cùng C.P. Việt Nam chung tay vì một hành tinh xanh, nơi mỗi bữa ăn ngon không chỉ nuôi dưỡng con người mà còn bảo vệ sự sống trên Trái Đất.”
Nguồn: Định hướng phát triển bền vững và Dự án bền vững | C.P. Việt Nam