MuthannaAl-Dahhan (trái) và sinh viên  đã tốt nghiệp Rajneesh Varma đang tìmkiếm những giải pháp hiệu quả để lấy chất thải nông nghiệp  và tạo ranhiên liệu sinh học từ đó. Họ đã tìm ra được thủ thuật trong việch hòa trộn và cường độ khi đưa vào phạm vi các lò phản ứng thương mại.

Họđang tìm ra các giải pháp đem lại lợi ích về tiền bạc  thông qua việcsản xuất khí sinh học (biogas) từ mùi phân chuồng. Thành phẩm chủ chốtcủa sự tiêu hóa kỵ khí là khí methane, đây là khí có thể được sử dụngtrực tiếp làm năng lượng, được chuyển đổi thành khí cồn methanol, hoặckhi bị oxy hóa một phần sẽ chuyển thành khí tổng hợp - một hỗn hợp củakhí hydro và carbon monoxide (CO). Khí tổng hợp sau đó có thể đượcchuyển đổi thành các chất hóa học và nhiên liệu  thay thế sạch.

Mụctiêu có hai phần; một là để có các trang trại phát triển được nănglượng của chính mình bằng cách sử dụng chất thải nông trại sẵn có đểcung cấp năng lượng cho trang trại, hai là để xóa bỏ đi mối đe dọa môitrường của khí methane – loại khí nhà kính có hại gấp 22 lần khí carbondioxide (CO2).

Tiếnsĩ Muthanna Al-Dahhan – giáo sư ngành năng lượng môi trường  và kỹ thuậthóa học thuộc Đại học  Washington, tiến sĩ Khursheed Karim – người đangtheo khóa đào tạo  sau tiến sĩ; cùng các sinh viên  đã tốt nghiệp của ônglà Rajneesh Varma, Mehuld Vesvikar và Rebecca Hoffman đã xác định đượcrằng việc hòa trộn là một bước quan trọng  nhất của quá trình tiêu hóakỵ khí thương mại  quy mô lớn mà có thể phản ứng được 15.000 gallon phânchuồng (gallon - đơn vị đo lường chất lỏng bằng 4, 54 lít ở Anh, 3, 78lít ở Mỹ). Ngoài các sinh viên  đã tốt nghiệp, cuộc nghiên cứu  này còncó sự đóng góp của rất nhiều sinh viên  chưa tốt nghiệp khác.

Al-Dahhanđã nhận được số tiền trợ cấp khoảng 2.1 triệu đô la Mỹ của Bộ Nănglượng Mỹ vào năm 2001 để nghiên cứu  sự tiêu hóa kỵ khí. Kể từ năm 2004,ông và những người cộng tác khác đã công bố hơn 16 bài báo cáo về cáccuộc nghiên cứu  về tiêu hóa kỵ khí của họ và sẽ còn nhiều báo cáo tiếptheo nữa. Bài báo cáo gần đây nhất được công bố trên tờ Biotechnologyand Bioengineering 100 (1): 38-48, 2008.

Al-Dahhancho biết “Mỗi năm vật nuôi sản xuất ra 1,8 triệu tấn phân chuồng. Nếucứ để ở các cánh đồng thì khí methane từ phân chuồng sẽ bị thải vàotrong không khí, hoặc nó có thể gây ô nhiễm  nước trên mặt đất, gây rabụi bặm hay dung dịch amoniac, đó là còn chưa kể đến những mùi hôithối. Việc xử lý phân chuồng bằng sự tiêu hóa kỵ khí sẽ loại bỏ đượcnhững mối đe dọa về môi trường  đồng thời sản xuất ra được năng lượngsinh học. Đó mới chính là tầm nhìn của chúng tôi.”

Hỗn hợp lý tưởng

ỞMỹ có khoảng 100 lò tiêu hóa kỵ khí đang hoạt động  nhưng con số phầntrăm đáng chú ý là 76% thường không thành công. Al-Dahhan và các đồngnghiệp của ông tại WUSTL, Phòng thí nghiệm quốc gia  Oak Ridge và cuốicùng là tại Trung tâm  Năng lượng Iowa đặt trụ sở tại Ames, Iowa, đãnghiên cứu được sự hình thành, sự thiết kế, động lực thủy học và cácthông số hòa trộn của các lò phản ứng và những hiệu ứng của nó trongviệc tiến hành xử lý và sản xuất năng lượng sinh học.

Al-Dahhannói “Trước đây chưa bao giờ có một cuộc nghiên cứu  có hệ thống  nào đượctiến hành, vì vậy mà chúng tôi  mong muốn có được khái niệm về những gìở đằng sau những con số phần trăm thất bại đã được đề cập đến. Chúngtôi đã kiểm tra thông qua sự phun khí, sự rung động cơ học, sự lưuchuyển bùn than và sự lưu chuyển nước và kiểm tra ở những cường độ khácnhau. Chúng tôi  đã phát hiện ra rằng, trong phạm vi phòng thí nghiệm,tất cả các phương thức hòa trộn khác nhau đều biểu hiện tương xứng.”

Sau đó họ đã đến Phòng thí nghiệm Oak Ridge và một nhà máy  thí điểm và kiểm tra một lò phản ứng có dung tích 100 lít.

“Khidung tích tăng lên, chúng tôi  nhận thấy là việc hòa trộn đóng một vaitrò rất quan trọng  trong việc vận hành thành công,” Al-Dahhan nói.“Cường độ của sự hòa trộn cũng quan trọng. Chúng tôi  nhận thấy rằng nếucường độ của việc hòa trộn giảm đi thì kết quả thường gặp là sự thấtbại.”

Sựtiêu hóa kỵ khí của phân chuồng rất mơ hồ, điều này có nghĩa là để tìmhiểu được thủy động lực học của sự tiêu hóa kỵ khí Al-Dahhan và cácđồng nghiệp đã chế tạo ra một hệ thống  theo dõi bức xạ đa hạt được tựđộng hóa bằng vi tính, một tia gamma nguồn kép mới được tính toán bằngphương pháp chụp X quang, và một mô hình động lực chất lỏng có sử dụngmáy điện toán. Các thiết bị này giúp cho các nhà nghiên cứu  quan sátđược ở vị trí nào và dưới điều kiện gì các vùng ứ đọng chất hóa sinh sẽxảy ra. Họ cũng đã phân tích  được các hệ thống  hòa trộn, thủy động lựchọc, hiệu ứng biến dạng và cơ cấu lò phản ứng.

Al-Dahhancho biết “Sau đó chúng tôi  đã vận dụng tất cả kiến thức  của mình đểthiết kế lại máy khử thương mại  tại Trung tâm  Năng lượng Iowa để tạo rasự vận hành hữu hiệu và bền lâu”. Tại WUSTL, Al-Dahhan và sinh viênRajneesh Varma cùng hợp tác với tiến sĩ Joseph O'Sullivan – giáo sưngành kỹ thuật  điện và hệ thống  – đã chế tạo ra một thuật toán dựng lạihình ảnh mới và phát triển chương trình  cho tia gamma nguồn kép đượctính toán bằng phương pháp chụp X quang. Cùng với sinh viên  RebeccaHoffman, Al-Dahhan đã phối hợp với tiến sĩ Lars Angenent -giáo sư phụtá chuyên ngành  năng lượng, môi trường  và kỹ thuật  hóa học -  để nghiêncứu các kỹ thuật  vi trùng học và khuôn khổ phân phối của vi sinh vật.

"Theresearch we've done provides the basis to scale up in the future, " hesaid. "The process is complex, but we're seeking to simplify it for useas a quick assessment and evaluation of the digester. The final goal isa simple system  ready for use by farmers on site for bioenergyproduction and for animal and farm waste management."

“Nghiêncứu mà chúng tôi  đang tiến hành sẽ cung cấp nền tảng để nâng tầm phạmvi trong tương lai,” ông nói. “Quá trình này rất phức tạp, nhưng chúngtôi đang tìm kiếm  cách đơn giản hóa nó để ứng dụng làm sự đánh giá  vàước lượng nhanh chóng của máy khử. Mục tiêu cuối cùng là một hệ thốngđơn giản sẵn sàng để các nông dân  có thể ứng dụng tại chỗ trong việcsản xuất năng lượng sinh học và việc quản lý các chất thải của nôngtrại và vật nuôi.”

Bạn có ý kiến gì về bài viết Tạo ra năng lượng từ việc trộn chất thải vật nuôi ở nông trại này? Hãy gởi suy nghĩ, bình luận, đánh giá, lời khuyên ... của bạn về bài viết Tạo ra năng lượng từ việc trộn chất thải vật nuôi ở nông trại bạn tại đây.