Sinh khối của các nhà máy xử lý nước thải, trang trại chăn nuôi hay bãi chôn lấp, khí sinh học (biogas) đang ngày càng được thế giới công nhận là một nguồn năng lượng tái tạo hữu ích đóng góp vào việc cung cấp năng lượng toàn cầu. Tuy nhiên, do nguồn sinh khối này được sản sinh từ sự phân hủy của những hợp chất hữu cơ nên hỗn hợp khí sinh học không chỉ gồm metan (CH4) - loại khí chủ yếu tạo ra năng lượng đốt, mà còn chứa nhiều tạp khí khác. Trong đó, khí metan thường chỉ chiếm 60-70% hỗn hợp khí, còn 30-40% còn lại là khí CO2 và một lượng nhỏ khí N2, H2, CO,...

Những tưởng một lượng khí tạp nhỏ sẽ không gây ảnh hưởng quá nhiều, song theo TS. Nguyễn Tuấn Minh (Viện Công nghệ Môi Trường, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, muốn dùng khí sinh học để đốt phát điện thì bắt buộc phải xử lý được một trong những loại khí sinh ra từ quá trình phân hủy ấy là H2S - khí gây mùi trứng thối. 

“Đây là loại khí có tính chất ăn mòn rất cao, nếu không làm sạch được thì khi chạy trong máy phát điện sẽ gây ăn mòn các chi tiết máy và nhanh chóng làm hỏng máy”, TS. Minh cho biết.

Nhận thấy các nghiên cứu trong nước để giải quyết vấn đề này vẫn còn hạn chế, từ năm 2016, anh và đồng nghiệp đã bắt tay vào nghiên cứu thiết bị làm sạch khí sinh học đầu tiên.

Khác với những thiết bị làm sạch khí truyền thống, thiết bị do nhóm của TS. Nguyễn Tuấn Minh đã phát triển sử dụng dung dịch kiềm Kali hydroxide (KOH) để hấp phụ khí H2S thành muối K2CO3, đồng thời được gắn động cơ biến tần để có thể điều chỉnh tốc độ quay ly tâm và có van để điều chỉnh lưu lượng khí.

“Khi thiết bị quay ly tâm tốc độ cao thì dung dịch hấp thụ sẽ văng tỏa ra và tiếp xúc với dòng khí sinh học đi vào nhiều hơn, nhờ đó tăng khả năng xử lý khí”. TS. Minh giải thích.

Cụ thể, thiết bị làm sạch khí sinh học của nhóm anh gồm có hai phần cố định và chuyển động, trong đó, phần chuyển động được bố trí bên trong phần vỏ sao cho trục quay của đĩa dưới xuyên qua lỗ thông thứ nhất, đồng thời được nối và dẫn động bởi động cơ điện thông qua hộp giảm tốc. Bồn chứa dung dịch hấp thụ của thiết bị được trang bị máy khuấy, có ống dẫn dung dịch hấp thụ vào được nối thông với cửa dẫn dung dịch hấp thụ ra của thiết bị.

Với cách thiết kế này, sau khi khí sinh học được đưa qua ống dẫn, bơm sẽ phun dung dịch hấp thụ vào trong lòng ống và quay để khiến cho các giọt dung dịch chuyển động ly tâm và phân tán vào trong khối bùi nhùi thép. Nhờ đó, các giọt dung dịch KOH sẽ tiếp xúc với khí sinh học từ bên ngoài đi vào và phản ứng để hấp thụ các khí tạp như H2S, CO2, từ đó làm sạch dòng khí.

“Do tốc độ ly tâm cao nên dung dịch hấp thụ không bị kéo theo dòng khí chuyển động mà vẫn loại bỏ được các khí tạp, đồng thời giữ cho dòng khí sau xử lý có độ ẩm thấp”, TS. Minh cho biết thêm, “nhóm nghiên cứu cũng lắp các cảm biến để kiểm tra độ pH của dung dịch hấp phụ và giúp cho thiết bị có thể vận hành dễ dàng một cách tự động”.

Để thử nghiệm hiệu quả thực tế, nhóm của TS. Minh đã phối hợp và lắp đặt hệ thống phân hủy yếm khí bùn thải thu hồi khí sinh học đốt phát điện tại Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung ở thành phố Buôn Ma Thuột, Đắk Lắk. Kết quả cho thấy, các mẫu khí sau khi làm sạch hoàn toàn không chứa H2S; khí CO và CO2 cũng được xử lý nhờ quá trình tương tác với dung dịch hấp thụ và đáp ứng các tiêu chuẩn để chạy máy phát điện theo tiêu chuẩn đăng ký của châu Âu.

Thêm vào đó, “do sử dụng dung dịch hấp phụ là KOH, sản phẩm thải bỏ sau quá trình xử lý của thiết bị sẽ bao gồm K2S, K2CO3 - những thành phần hoàn toàn có thể dùng cho sản xuất phân hữu cơ mà không phải bỏ đi như khi sử dụng các dung dịch hấp thụ khác”, TS. Minh nói.

Với việc nghiên cứu và thành công làm chủ công nghệ mới, TS Minh tự tin có thể đưa mô hình làm sạch khí sinh học ở quy mô lớn đáp ứng yêu cầu sản xuất của doanh nghiệp.

Hiện nay, hệ thống xử lý được nhóm TS. Minh lắp đặt ở Đắk Lắk có thể phát điện ở mức 20 kW/ngày. Nhóm của anh cũng đang hợp tác với một công ty để triển khai hệ thống có quy mô xử lý khoảng 4000 mét khối khí/giờ, và “tùy theo lưu lượng và thành phần khí thải, chúng tôi hoàn toàn có thể chế tạo thiết bị với quy mô lớn hơn để phù hợp công suất”, TS. Minh cho biết.

Được biết, thiết bị làm sạch khí sinh học của Viện Công nghệ Môi trường được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế số 1-0032321 công bố ngày 27/6/2022.

Minh An