Nhiên liệu rắn tái sinh cho các nhà máy giấy ở Nhật Bản và nước ngoài và chất lượng của chúng

Nhiên liệu rắn tái sinh cho các nhà máy giấy ở Nhật Bản và nước ngoài và chất lượng của chúng
Bài gốc: Tháng 3/2017
Bản dịch tiếng Anh: Tháng 1/2023

Kosuke KAWAI

Các nhà máy giấy thường có một cơ sở gọi là nồi hơi (boiler) để tạo hơi nước. Hơi nước này được sử dụng để sản xuất điện cho các thiết bị trong nhà máy và cung cấp nhiệt để sấy giấy. Gỗ là một trong những nguyên liệu thiết yếu nhất cho sản xuất giấy. Một số loại gỗ không phù hợp để sản xuất giấy đôi khi được sử dụng làm nhiên liệu sinh học cho nồi hơi. Không chỉ gỗ, mà cả chất thải nhựa và giấy từ hộ gia đình cũng có thể được sử dụng làm nhiên liệu tái sinh từ rác thải (RDF – Refuse Derived Fuels) cho nồi hơi vì chúng dễ cháy. Tuy nhiên, nếu chất thải có hàm lượng cao các chất độc hại như clo và thủy ngân, chúng không thể dùng làm RDF. Hàm lượng clo cao sẽ gây ăn mòn nồi hơi. Nếu hàm lượng thủy ngân cao, khi RDF bị đốt sẽ giải phóng thủy ngân vào môi trường qua khói thải. Những chất này có thể gây hại cho sức khỏe con người và môi trường. Ở châu Âu, Liên minh châu Âu đã thiết lập tiêu chuẩn chất lượng (EN: European Norm) cho một loại RDF gọi là “nhiên liệu rắn tái sinh (SRF – Solid Recovered Fuel)” để xác định khả năng cháy và hàm lượng clo, thủy ngân cho phép nhằm đảm bảo phân phối thuận lợi.

Các nhà máy giấy Nhật Bản đã sử dụng RDF chủ yếu được sản xuất từ chất thải giấy và nhựa công nghiệp. Ở Nhật, loại RDF này được gọi là “nhiên liệu ép đặc từ giấy và nhựa (RPF – Refuse Derived Paper and Plastics Densified Fuel)”, và tiêu chuẩn chất lượng của nó đã được Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS – Japanese Industrial Standards) quy định. Chỉ những RPF chất lượng cao, có khả năng cháy cao và hàm lượng clo thấp mới đáp ứng yêu cầu của JIS. Mặc dù chúng ta không thể so sánh trực tiếp tiêu chuẩn giữa JIS và EN, nhưng ở châu Âu tồn tại một số loại SRF có chất lượng thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn JIS. Vậy, các nhà máy giấy châu Âu đã sử dụng những loại nhiên liệu rắn tái sinh nào?

Phần Lan là một quốc gia có ngành bột giấy và giấy lớn, với các nhà máy giấy trải khắp cả nước. Một nhà máy giấy nằm ở một thị trấn nhỏ cách thủ đô Helsinki khoảng 250 km. Trong khuôn viên, một nhà máy nhiệt điện kết hợp (CHP – Combined Heat and Power) đã được lắp đặt và bắt đầu vận hành vào năm 2014 (Hình 1), sử dụng khoảng 90.000 tấn SRF mỗi năm làm một phần nhiên liệu để sản xuất điện và nhiệt. Đây là một trong những nhà máy CHP sử dụng SRF nhiều nhất ở nước này. Nhà máy không chỉ cung cấp điện và nhiệt cho nhà máy giấy mà còn cung cấp nhiệt dư cho hệ thống sưởi tập thể.

Điểm khác biệt nổi bật nhất của SRF ở châu Âu là hình dạng. Nó khác với RPF được sản xuất ở Nhật. Các nhà máy giấy Nhật chủ yếu sử dụng một vật liệu gọi là “viên nén (pellet)”, được tạo ra bằng cách ép chất thải ở nhiệt độ cao. Trong khi đó, các nhà máy giấy Phần Lan sử dụng vật liệu gọi là “bông vụn (fluff)”, được tạo ra bằng cách nghiền và xé chất thải thành kích thước nhất định, không ép đặc (Hình 2). SRF ở Phần Lan cũng khác RPF Nhật về hàm lượng clo cho phép. Ví dụ, một nhà máy giấy Nhật chỉ chấp nhận RPF có hàm lượng clo dưới 0,3%, sử dụng chỉ những nhiên liệu chất lượng cao từ chất thải. Ngược lại, nhà máy giấy ở Phần Lan chấp nhận SRF nếu hàm lượng clo dưới 1%. Một sự khác biệt khác là loại chất thải sử dụng để làm nhiên liệu. Nhà máy giấy Nhật dùng RPF chỉ từ chất thải công nghiệp, trong khi nhà máy Phần Lan dùng lượng lớn SRF làm từ đa dạng chất thải, bao gồm chất thải công nghiệp, thương mại và đô thị. Điều này có nghĩa là nhà máy CHP ở Phần Lan không chỉ cung cấp điện và nhiệt cho nhà máy giấy mà còn sử dụng hiệu quả và tích cực các chất thải đa dạng sinh ra từ khu vực xung quanh, dù chúng có thể không đạt chất lượng cao.

Hình 1. Nhà máy CHP ở Phần Lan

Hình 2. SRF vận chuyển bằng băng tải

Như đã đề cập, hàm lượng clo cao hơn dễ gây ăn mòn thiết bị và tăng chi phí bảo trì. Một số thiết bị trong nhà máy CHP ở Phần Lan có thể có tuổi thọ ngắn hơn so với các nhà máy tương tự ở Nhật. Việc quyết định sử dụng RDF nào phụ thuộc vào chiến lược vận hành của từng công ty, nhưng mức chất lượng có thể được đánh giá thông qua “tiêu chuẩn” như một trong các tiêu chí.

Để chuẩn bị cho tiêu chuẩn hóa quốc tế SRF, Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đã thành lập một ủy ban kỹ thuật (ISO/TC 300) vào năm 2015, bao gồm sáu nhóm công tác (WG – Working Group) (Bảng 1). Các nhà nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Môi trường Quốc gia Nhật Bản (NIES) đã tham gia ISO/TC 300 với tư cách chuyên gia Nhật để trình bày kinh nghiệm của Nhật trong việc thiết lập JIS cho RPF và sản xuất, sử dụng RDF từ chất thải đô thị. Thông qua công việc này, chúng tôi khuyến khích ISO/TC 300 xem xét và phản ánh kinh nghiệm của Nhật vào tiêu chuẩn quốc tế cho SRF. Chúng tôi sẽ tiếp tục nỗ lực phát triển các cơ chế góp phần vào sản xuất, phân phối và sử dụng SRF một cách hiệu quả và bền vững ở khu vực châu Á.

Bảng 1. Chủ đề các nhóm công tác ISO/TC 300 (tính đến tháng 3/2017)

Tham khảo
Website của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế – Ủy ban Kỹ thuật ISO/TC 300 (Solid recovered materials, including solid recovered fuels).

International Organization for Standardization Technical Committee (ISO/TC 300) (Solid recovered materials, including solid recovered fuels) website.