Sản xuất điện từ biogas cỏ voi ở Việt Nam và ứng dụng sản xuất hydrogen xanh
1. Bối cảnh và lý do nghiên cứu
Trong bối cảnh Việt Nam hướng tới phát triển năng lượng sạch và giảm phát thải khí nhà kính, hydrogen xanh được coi là giải pháp chiến lược để chuyển dịch cơ cấu năng lượng. Hydrogen xanh được định nghĩa là hydrogen sản xuất từ điện tái tạo qua điện phân nước, không phát thải CO₂ trực tiếp trong quá trình sản xuất. Chi phí sản xuất hydrogen xanh hiện vẫn cao, thường khoảng 3–8 USD/kg H₂. Một hướng tiếp cận là sử dụng điện sinh ra từ biogas từ cỏ voi để cung cấp điện cho máy điện phân, từ đó tạo hydrogen xanh.
2. Tiềm năng cỏ voi làm nguyên liệu sinh khối
Cỏ voi (Elephant grass, Pennisetum purpureum) là cây năng lượng có sinh khối lớn, phù hợp khí hậu nhiệt đới như Việt Nam. Cỏ voi có năng lượng sinh khối cao, có thể làm nguyên liệu cho hệ thống biogas. Khi lên men kỵ khí, cỏ voi có thể tạo ra lượng biogas khoảng 120–150 L/ngày trên mỗi mét khối thể tích hầm, hàm lượng methane trung bình 50–52%.
3. Sản xuất biogas và phát điện ở Việt Nam
3.1 Quy trình công nghệ
-
Thu gom nguyên liệu: cắt cỏ voi, trộn với phân hoặc phụ phẩm hữu cơ.
-
Phân hủy kỵ khí trong hầm biogas để tạo khí gồm methane và CO₂.
-
Xử lý khí (lọc H₂S, độ ẩm) trước khi cấp cho máy phát điện.
-
Đốt trong máy phát điện chạy bằng methane để tạo điện.
3.2 Chi phí sản xuất điện biogas tại Việt Nam
| Quy mô hệ thống biogas | Giá thành sản xuất điện |
|---|---|
| 5–350 kW (trang trại nhỏ) | 0,095–0,262 USD/kWh (~2.165–6.058 VNĐ/kWh) |
| 750 kW (trang trại vừa) | 0,082 USD/kWh (~1.905 VNĐ/kWh) |
| 4.250 kW (trang trại lớn) | 0,0488 USD/kWh (~1.130 VNĐ/kWh) |
Như vậy, chi phí điện biogas từ nguyên liệu hữu cơ (bao gồm cỏ voi nếu triển khai quy mô lớn) nằm khoảng 0,05–0,13 USD/kWh (~50–130 USD/MWh).
4. Tính toán chi phí sản xuất hydrogen xanh bằng điện biogas
4.1 Lượng điện cần thiết
Máy điện phân công nghiệp (PEM hoặc alkaline) tiêu thụ khoảng 50–55 kWh điện để sản xuất 1 kg hydrogen sạch.
4.2 Chi phí điện cho hydrogen
Với giá điện biogas 0,05–0,13 USD/kWh:
Chi phí điện/kg H₂ = 50 kWh × 0,05–0,13 USD/kWh = 2,5–6,5 USD/kg H₂
4.3 Chi phí nước
Điện phân nước yêu cầu khoảng 10–18 L nước cho mỗi kg H₂. Với chi phí nước tại Việt Nam thấp, phần này tương đương <0,1 USD/kg H₂.
4.4 Tổng chi phí hydrogen xanh
| Hạng mục | Ước tính chi phí |
|---|---|
| Điện (từ biogas) | 2,5–6,5 USD/kg H₂ |
| Nước | 0,01–0,1 USD/kg H₂ |
| Vận hành máy điện phân | 0,1–0,8 USD/kg H₂ |
| CAPEX máy điện phân (khấu hao) | 0,5–1,5 USD/kg H₂ |
| Tổng | 3,5–8,6 USD/kg H₂ |
5. Thách thức và cơ hội tại Việt Nam
Cơ hội
-
Tiềm năng sinh khối dồi dào từ nông nghiệp, dư địa trồng cỏ voi lớn.
-
Giảm phát thải khí nhà kính và xử lý chất thải hữu cơ.
-
Cơ chế hỗ trợ chính sách trong tương lai có thể khuyến khích dự án.
Thách thức
-
Chưa có dự án cỏ voi quy mô công nghiệp.
-
Hàm lượng methane thấp, cần phối trộn hoặc xử lý để tăng hiệu quả.
-
CAPEX hệ thống biogas và điện phân còn lớn, ảnh hưởng đến thời gian hoàn vốn.
6. Kết luận
Sử dụng biogas từ cỏ voi để phát điện cung cấp cho máy điện phân nước là phương án tiềm năng tại Việt Nam. Chi phí điện biogas khoảng 50–130 USD/MWh. Chi phí sản xuất hydrogen xanh từ điện biogas dao động khoảng 3,5–8,6 USD/kg H₂, bao gồm điện, nước và phân bổ CAPEX/OPEX cho máy điện phân. Phương án này phù hợp mô hình tích hợp sinh khối – điện – hydrogen, nhưng cần phân tích kỹ CAPEX, logistics và cơ chế chính sách để triển khai hiệu quả.
