Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý khí H2S trong biogas làm nhiên liệu sử dụng cho máy phát điện

Hiện nay, tại các quận huyện ngoại thành TP.HCM có trên 4.000 hệ thống biogas lớn nhỏ. Các hệ thống này giúp giảm ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi, sản xuất và cung cấp nguồn năng lượng sinh học nhiều tiềm năng ứng dụng là khí biogas. Tuy nhiên, do trong thành phần biogas có H₂S, một loại khí độc hại và gây ăn mòn cho các hệ thống đường ống và thiết bị, nên các ứng dụng hiện nay của biogas là rất hạn chế. Để có thể ứng dụng làm nhiên liệu cho máy phát điện thì H₂S cần phải loại bỏ khỏi biogas.

Đề tài tiến hành nghiên cứu tổng hợp và thử nghiệm khả năng xử lý H₂S của 4 nhóm vật liệu gồm các vật liệu hấp phụ trên cơ sở ZnO (27 loại) và Fe₂O₃ (14 loại), các vật liệu mao quản như zeolite X (7 loại) và MCM-41 (5 loại); phân tích cấu trúc và hình thái vật liệu bằng các phương pháp hiện đại như XRD, SEM, TGA, FTIR, UV-VIS và ICP. Đồng thời thực hiện đánh giá dung lượng hấp phụ H₂S của các vật liệu và khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố gồm: thành phần nguyên liệu chính, chất xúc tiến, binder (chất kết dính), chất tạo độ xốp, điều kiện xử lý nhiệt, nồng độ H₂S đầu vào, tốc độ thể tích (GHSV), tạp chất trong biogas, điều kiện tái sinh. Kết quả cho thấy vật liệu tổ hợp oxit ZnO-CuO-MnO (ZCM) cho kết quả xử lý tốt nhất thể hiện thông qua dung lượng hấp phụ H₂S của các vật liệu này.

Nhóm tác giả cũng thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống pilot năng suất 1m³/giờ tại trang trại chăn nuôi ở Củ Chi. Các kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ thống có thể xử lý tốt H₂S trong biogas và ứng dụng trong chạy máy phát điện công suất nhỏ. Các thông số động học để mô phỏng đường cong hấp phụ cũng được xác định từ các kết quả thực nghiệm trong điều kiện thực.

Về chi phí xử lý H₂S, phương án chỉ dùng vật liệu ZCM được phát triển bởi nghiên cứu này với hai lần tái sinh trong quá trình sử dụng nhờ đơn giản trong vận hành, tinh gọn trong hệ thống và chí phí xử lý chấp nhận được (chi phí xử lý biogas từ 1.161 đồng/m³ đến 4.474 đồng/m³), tùy hàm lượng H₂S trong dòng biogas ban đầu. Phương pháp làm sạch biogas bằng vật liệu ZCM tạo nguồn nhiên liệu giá rẻ cho các lò đốt, ưu việt hơn hẳn các nguồn nhiên liệu đang có.

Về ứng dụng phát điện, đối với trang trại thử nghiệm, điện từ biogas có chi phí sản xuất rẻ hơn so với điện từ dầu diesel và rẻ hơn giá điện lưới hiện nay vào giờ cao điểm. Việc sử dụng hệ thống xử lý biogas để tạo nguồn biogas sạch sản xuất điện thay thế điện lưới vào giờ cao điểm có thể giúp trang trại chủ động về nguồn năng lượng điện, loại bỏ khí độc hại và tiết kiệm được chi phí điện.