Tại sao Máy phát điện chạy khí sinh học lại có lợi cho ngành nông nghiệp?

Sản xuất điện tại chỗ trên trang trại bằng bộ máy phát điện biogas

Chuyển đổi phân gia súc và phụ phẩm cây trồng thành điện năng ổn định tại chỗ

Các máy phát điện biogas sử dụng mọi loại chất thải nông nghiệp, từ phân động vật đến phế phẩm cây trồng còn dư thừa, để sản xuất điện ngay tại chỗ. Điều này giúp nông dân giảm đáng kể sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia, điều đặc biệt hữu ích đối với các thiết bị đòi hỏi nguồn điện liên tục như máy vắt sữa và kho lạnh. Khi trang trại tự xử lý chất thải thay vì vận chuyển đi nơi khác, họ tiết kiệm được chi phí vận chuyển và cắt giảm lượng khí mê-tan phát thải khoảng 90% so với việc để chất thải ứ đọng trong các hố lộ thiên. Động cơ được sử dụng trong các hệ thống này có khả năng tận dụng khoảng ba phần tư đến bốn phần năm năng lượng chứa trong biogas; đồng thời, đa số các hệ thống đều đạt hiệu suất phát điện bằng khoảng một nửa so với các nhà máy điện truyền thống, do đó mang lại hiệu quả tổng thể khá cao.

Hiệu suất và độ bền vận hành của Hệ thống Kết hợp Nhiệt – Điện (CHP)

Các hệ thống Phát điện đồng thời Nhiệt và Điện (CHP) nâng cao hiệu suất đáng kể nhờ tận dụng toàn bộ lượng nhiệt thải ra—khoảng 30–50% năng lượng được sản xuất—để phục vụ các mục đích như sưởi ấm chuồng trại, điều khiển khí hậu nhà kính hoặc duy trì nhiệt độ tối ưu cho các bể phân hủy kỵ khí. Theo số liệu mới nhất từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ trong Báo cáo năm 2023, các hệ thống này có thể đạt hiệu suất khoảng 85%. Con số này thực sự ấn tượng so với các phương pháp truyền thống. Khi lưới điện gặp sự cố do bão hoặc các nguyên nhân khác, các hệ thống CHP vẫn tiếp tục vận hành liên tục mà không bị gián đoạn—đây cũng là lý do vì sao nhiều trang trại rất phụ thuộc vào chúng. Các máy phát điện biogas thế hệ mới hiện nay được trang bị các bộ phận dạng mô-đun giúp việc sửa chữa trở nên dễ dàng hơn, và nông dân báo cáo rằng tỷ lệ thời gian hoạt động (uptime) đạt trên 95% nếu được bảo dưỡng đúng cách. Hơn nữa, do động cơ chịu ít căng thẳng hơn nhờ tận thu nhiệt, hầu hết người vận hành đều nhận thấy tuổi thọ động cơ được kéo dài thêm từ 15 đến 20 năm so với thiết bị tiêu chuẩn.

Lợi thế kinh tế khi lắp đặt tổ máy phát điện biogas

Giảm chi phí năng lượng và thay thế nhiên liệu diesel

Nông dân có thể tiết kiệm chi phí năng lượng bằng cách chuyển đổi chất thải chăn nuôi thành điện năng sử dụng được thông qua các tổ máy phát điện biogas. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài và loại bỏ nhu cầu sử dụng các hệ thống dự phòng chạy diesel đắt đỏ. Chẳng hạn như tại Trang trại Sữa Fair Oaks, nơi xử lý phân từ khoảng 9.000 con bò sữa. Theo công ty Greengas Inc., hệ thống này thay thế khoảng 1,5 triệu gallon nhiên liệu diesel mỗi năm. Khi các hệ thống này được triển khai dưới dạng đơn vị kết hợp phát điện và thu nhiệt (CHP), chi phí năng lượng tổng thể của trang trại thường giảm từ 30 đến 50 phần trăm. Chi phí thấp hơn đồng nghĩa với thời gian hoàn vốn nhanh hơn và kết quả lợi nhuận ròng cải thiện hơn cho các hoạt động nông nghiệp hướng tới phát triển bền vững mà vẫn đảm bảo tính sinh lời.

Tạo doanh thu từ chất thải và cắt giảm chi phí phân bón thông qua digestate

Các hệ thống biogas mang lại nhiều hơn chỉ là khoản tiền tiết kiệm được trên hóa đơn. Thực tế, chúng còn tạo ra thêm các nguồn thu nhập bổ sung. Khi có điện dư thừa từ những hệ thống này, nông dân có thể được thanh toán thông qua nhiều chương trình năng lượng xanh khác nhau. Một số bang thậm chí còn cho phép họ bán trực tiếp lượng điện này cho các công ty cung cấp điện thông qua các hợp đồng đặc biệt. Một sản phẩm khác được tạo ra từ các hệ thống này là chất thải sau lên men (digestate). Hãy hình dung đây là loại phân bón tự nhiên do chính thiên nhiên tạo ra, giàu dinh dưỡng. Phần lớn nông dân nhận thấy họ cần ít phân bón mua sẵn hơn rất nhiều sau khi áp dụng quy trình này — đôi khi giảm tới 90%! Loại phân bón này hiệu quả hơn vì cây trồng hấp thụ nitơ dễ dàng hơn và nguy cơ gây ô nhiễm nước mặt do dòng chảy tràn cũng thấp hơn. Các con số thực tế cho thấy các trang trại chuyển sang sử dụng hệ thống này thường cắt giảm chi phí hàng năm từ 20 đến 40 phần trăm. Tuy nhiên, điều này không chỉ đơn thuần là tiết kiệm tiền mặt. Đây thực sự là về cách mọi thứ vận hành ăn khớp với nhau một cách hiệu quả hơn khi quản lý đồng thời nhu cầu năng lượng và việc xử lý phân gia súc cũng như các loại phế thải nông nghiệp khác.

Lợi ích Môi trường của Các Bộ Máy Phát Điện Biogas trong Hoạt động Nông nghiệp

Bắt giữ Metan, Giảm Phát thải Khí nhà kính và Nông nghiệp Thông minh vì Khí hậu

Các bộ máy phát điện biogas ngăn chặn metan thoát ra khí quyển từ các hồ chứa phân chuồng và các loại chất thải phân hủy khác. Thực tế, metan gây hại cho khí hậu gấp khoảng 28 lần so với carbon dioxide. Khi các trang trại thu gom loại biogas này và đốt cháy thay vì để thoát ra ngoài, họ biến một vấn đề môi trường nghiêm trọng thành nguồn năng lượng có thể sử dụng được. Quy trình này có thể giảm phát thải khí nhà kính khoảng 60% đối với các trang trại tham gia. Với mỗi tấn phân chuồng đi qua hệ thống, khoảng 2,5 tấn phát thải tương đương CO₂ được tránh được mỗi năm. Những giảm phát thải này góp phần đáp ứng các tiêu chuẩn nông nghiệp thân thiện với khí hậu và giúp các cơ sở dễ tuân thủ hơn các quy định như những quy định nêu trong Chương trình AgSTAR của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA).

Kiểm soát Mùi, Giảm Vi sinh Vật Gây Bệnh và Chuyển Hướng Chất Thải Hữu Cơ

Lên men yếm khí tự nhiên làm giảm mùi hôi vì quá trình này phân hủy các axit béo gây mùi và các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các thử nghiệm cho thấy phương pháp này có thể giảm tới khoảng 80% lượng mùi khó chịu so với việc chỉ để chất thải trong các bể chứa hở. Khi duy trì nhiệt độ cao trong thời gian dài (khoảng 50–60 °C), phần lớn vi khuẩn gây hại cũng bị tiêu diệt. Hơn 90% các vi sinh vật nguy hiểm như E. coli và Salmonella, cùng với trứng của các loại ký sinh trùng gây phiền toái, đều biến mất. Ngoài ra, thay vì đổ toàn bộ lượng chất hữu cơ này vào bãi chôn lấp hoặc để chúng gây ô nhiễm hệ thống nước, quá trình lên men yếm khí chuyển hóa các chất dinh dưỡng thành dạng mà cây trồng thực sự có thể hấp thụ. Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng nitrat bị rửa trôi vào nguồn nước và góp phần duy trì sức khỏe tổng thể của các vùng lưu vực thủy văn địa phương.

Chất thải sau lên men: Một phụ phẩm bền vững giúp cải thiện sức khỏe đất

Những gì được tạo ra từ các máy phát điện sinh khí không chỉ là chất thải mà thực tế còn là một loại phân bón hữu cơ quý giá, biến thứ vốn bị loại bỏ thành nguồn dưỡng chất tốt cho đất. Phần chất lỏng còn lại sau quá trình này chứa từ 60 đến 80 phần trăm nitơ ở dạng cây trồng có thể hấp thụ trực tiếp, đồng thời cũng cung cấp một lượng đáng kể phốt pho và kali. Nông dân chuyển sang sử dụng loại phân này thay vì phân bón hóa học thông thường thường thấy năng suất cây trồng tăng lên khoảng 10–30 phần trăm. Ngoài ra, độ màu mỡ của đất cũng được cải thiện theo thời gian nhờ khả năng giữ nước tốt hơn và cấu trúc đất tổng thể được nâng cao. Một lợi ích lớn khác là quá trình phân hủy kỵ khí loại bỏ hoàn toàn các vi khuẩn gây hại và mùi hôi đặc trưng của phân chuồng tươi, do đó phần bã sau xử lý (digestate) an toàn hơn nhiều khi bón lên ruộng, giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm. Phần lớn nông dân nhận thấy họ có thể bón digestate bằng chính thiết bị hiện có, nhờ đó tiết kiệm chi phí so với việc mua các loại phân bón thương mại đắt tiền. Sau vài mùa canh tác liên tục với digestate, hàm lượng mùn trong đất tăng rõ rệt và khả năng chống chịu hạn của đất được cải thiện khoảng 70 phần trăm so với các phương pháp canh tác truyền thống. Điều này khiến digestate trở thành một thành phần quan trọng trong các thực hành canh tác hiện đại – những thực hành hướng đến việc làm việc cùng thiên nhiên chứ không chống lại thiên nhiên.