Xung quanh câu chuyện về “mô hình lò đốt rác phát điện” của ông Bùi Khắc Kiên. TS. Nguyễn Xuân Quang, Trưởng bộ môn Hệ thống Năng lượng Nhiệt, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội- Thành viên đoàn đánh giá về mô hình sản xuất điện từ rác thải sinh hoạt do Bộ KH&CN tổ chức ngày 10/8/2012 đã  lý giải về công nghệ và những yêu cầu cần có của việc “đốt rác – phát điện” để rộng đường dư luận cũng như giúp ông Kiên có thêm những thông tin cơ bản để định hướng cho những nghiên cứu tiếp theo.

Đốt rác

Để có cái nhìn khách quan, mọi người hãy hình dung lại cái thùng rác nhà mình xem có những thành phần gì bên trong, nào hãy cùng liệt kê: Túi nilon, rau, thức ăn thừa, đồ nhựa thải và thập cẩm vô số các thứ khác. Nếu những thứ đó được đốt thì chắc chắn mùi sẽ rất khó chịu, thêm vào đó là những thứ khó cháy, không cháy được.

Vậy nên, yêu cầu cơ bản nhất của việc đốt rác đó bao gồm: Giải quyết được các loại khí thải độc hại phát sinh ra trong quá trình đốt; Lọc được bụi hình thành trong quá trình đốt ; Đốt cháy kiệt được những thứ khó cháy vì có độ ẩm cao còn hiển nhiên những thứ không có thành phần cháy được trong đó thì ta không thể đốt được rồi những cái này sau này hình thành tro thải; Giải quyết thành phần tro thải (thường là chôn lấp khi đảm bảo không có thành phần độc hại trong đó); Cụ thể:

Thứ nhất là giải quyết được các loại khí thải độc hại phát sinh trong quá trình đốt. Với các loại nhiên liệu đốt bình thường thì các thành phần khí thải được biết đến chỉ bao gồm CO2, CO, NOx, SOx, một số loại hydrocarbon (CxHy) khác với hàm lượng nhỏ. Thường hàm lượng các khí này phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu và công nghệ đốt. Với nhiên liệu thông thường các phân tích về nhiên liệu có thể cho ra các thành phần một cách chính xác còn với rác thì nó luôn thay đổi và do đó trong quá trình cháy có thể hình thành các thành phần hợp chất khác như hơi chì, Furan, Dioxin v.v. và một số thành phần khác tùy thuộc vào loại rác. Đây là những hợp chất độc hại, gây ra nhiều chứng bệnh như ung thư, rám da, đái tháo đường, thiểu năng sinh dục, sinh con quái thai v.v.

Quá trình đưa rác vào lò...

Vậy vấn đề này cần được giải quyết thế nào ? Nhìn chung, những cách thức sau có thể được sử dụng một cách riêng rẽ hoặc có kết hợp tùy điều kiện cụ thể: Phân loại rác theo đó chỉ lọc ra đốt những loại rác không sinh ra những thành phần độc hại như các loại rơm rác hữu cơ bình thường được phơi hoặc sấy khô.Với những loại rác có khả năng sinh ra những thành phần khí độc hại khác với hàm lượng lớn như cao su, nilon, xác động vật lớn, những loại rác có chứa kim loại, chì cần có bộ lọc phù hợp để lọc những thành phần khí độc hại đó. Ngoài ra, công nghệ đốt phù hợp có thể giải quyết giảm thiểu những thành phần CO, NOx, Furan, Dioxin theo đó để thành phần furan và dioxin trong khói thải chỉ có thể được phân hủy khi nhiệt độ cháy đạt được nhiệt độ cao với thời gian lưu đủ lâu. Các nhiệt độ này được thể hiện trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải công nghiệp theo đó lò cần có 2 buồng đốt sơ cấp và thứ cấp trong đó nhiệt độ cần đạt được tại vùng đốt thứ cấp là 1050oC và với chất thải công nghiệp có chứa các thành phần Halogen hữu cơ thì nhiệt độ phải lên đến 1300oC với thời gian lưu hơn 2s. Vì thế, những thông số nhiệt độ mà báo chí đưa (1600 – 2000oC) chắc chắn lò của ông Kiên không đạt được, bởi ở nhiệt độ này thì tro tạo thành chảy lỏng hơn nữa vật liệu làm lò của ông Kiên cũng không chịu được nhiệt độ này.

Thứ hai là phải lọc được bụi hình thành trong quá trình đốt. Với bụi thì hiện nay đã có nhiều hệ thống lọc bụi với các nguyên lý khác nhau. Ta có thể đặt mua trên thị trường hoặc thiết kế chế tạo một cách phù hợp. Ở đây lọc bụi của lò đốt rác của ông Kiên chỉ là các khay rơm rạ nhúng nước được đưa vào đường khói của lò rất thủ công.

Thứ ba là đốt cháy kiệt được những thứ khó cháy và giải quyết thành phần tro thải (thường là chôn lấp khi đảm bảo không có thành phần độc hại trong đó). Việc đốt rác thì được thực hiện trong lò đốt. Tùy thuộc vào kết cấu của lò ta có thể đốt được các loại nhiên liệu khác nhau với các yêu cầu khác nhau. Ở đây do rác là loại nhiên liệu không ổn định, đôi khi rất khó cháy do độ ẩm cao và thành phần có thể cháy và cung cấp nhiệt thấp nên lò đòi hỏi có khả năng tích nhiệt để có thể bù trừ với lượng nhiệt cần thiết cho việc bốc hơi ẩm của nhiên liệu. Cách giải quyết của ông Kiên đối với vấn đề này là ông đã sử dụng các viên gạch chịu lửa đưa vào vùng nung sau đó lấy ra cho lại vào phần rác ẩm được đưa vào theo từng mẻ đồng thời ông cũng bố trí một bộ sấy không khí sử dụng khói lò để làm nóng không khí trước khi cấp vào buồng đốt. Cách giải quyết này cũng không có gì lạ nhưng mang tính thủ công nên khó áp dụng cho lò lớn.

Một trong những điểm rất quan trọng cần có của lò đốt rác là phải đảm bảo áp suất trong lò gần với áp suất khí quyển và hơi âm một chút để đảm bảo không phì khói ra ô nhiễm môi trường xung quanh và ô nhiễm môi trường người lao động. Thông thường, cần có sự kết hợp giữa quạt hút khói và quạt thổi gió để làm việc này. Trong lò đốt rác của ông Kiên, do chỉ có quạt gió nên áp suất trong lò là dương và lửa, khói phì ra ngoài không đảm bảo điều kiện cho môi trường người lao động.

Tóm lại về mặt đốt rác, lò đốt của ông Kiên còn thiếu rất nhiều thứ để có thể thực hiện một chức năng đốt rác hoàn chỉnh như áp suất trong lò dương như: nhiệt độ lò không đạt yêu cầu, quy trình đốt không có vùng đốt thứ cấp, hệ thống lọc bụi quá thủ công và chẳng có hệ thống lọc khói nào cả. Vậy nên lò của ông chỉ được phép đốt các loại rác có chọn lọc trước thôi như các loại rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía, dăm bào, mùn cưa, giấy vụn... Đồng thời nó vẫn cần có nhiều cải tiến để khắc phục các nhược điểm của quá trình cháy cũng như đảm bảo không thải ra môi trường hàm lượng CO, NOx ở mức cao hơn cho phép.

Phát điện

“Đốt rác phát điện” đây quả thực là một tiêu đề rất thu hút. Mặc dù vậy vấn đề này không mới mà nó đã được áp dụng từ lâu ở nhiều nơi thậm chí ngay giữa thủ đô Viên của Áo có một nhà máy đốt rác phát điện. Ở đây chỉ có vấn đề là ta đốt rác như thế nào để không bắt cả khu vực xung quanh phải ngửi mùi của rác, các thành phần khí thải độc hại phải được xử lý và cuối cùng là nhà đầu tư cho một nhà máy như thế phải có được lợi nhuận vì nếu không thì chẳng ai làm. Về thực chất thì việc đầu tư cho một nhà máy như thế là không hề rẻ và thông thường chính phủ phải có một mức độ hỗ trợ theo một cách nào đó để có thể khuyến khích đầu tư cũng như đảm bảo công nghệ không gây ra ô nhiễm môi trường theo một cách khác.

Được vận hành với Tuabin thủ công do tác giả...tự chế

Quay trở lại về quy trình ta có thể biết rằng hầu hết các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu rắn đều đi theo một quy trình tuân theo chu trình Rankin. Quy trình này cũng cũ như là  thời ông Edixon phát minh ra cái bóng đèn và hẳn nhiên nếu nhà khoa học nào vào thế kỷ 21 này làm một loạt thí nghiệm và công bố rằng ông ta phát minh ra cái bóng đèn của ông Edixon thủa nào thì nhà khoa học đó xứng đáng được trao giải IG Nobel. Quy trình này được diễn giải vắn tắt bao gồm: nhiên liệu được đốt lên sinh ra nhiệt năng. Nhiệt năng này được sử dụng để sinh ra hơi nước dưới một áp suất và nhiệt độ nhất định. Hơi nước này được đưa vào Tua bin hơi để làm quay tua bin hơi. Sau khi giãn nở sinh công trong tua bin hơi, hơi nước được ngưng tụ ở bình ngưng và nước ngưng quay trở lại lò hơi để tạo thành một vòng tuần hoàn kín. Tua bin hơi khi quay được nối với máy phát điện để sinh ra điện phát lên lưới điện quốc gia.

Mặc dù quy trình phát điện không thay đổi hàng trăm năm qua nhưng có vô cùng nhiều các phát minh, cải tiến, áp dụng các công nghệ cao đã được thực hiện về các vấn đề xử lý nhiên liệu, lựa chọn vật liệu, kết cấu lò hơi, kết cấu tua bin, thông số hơi sử dụng v.v. để cái quy trình này trở nên hiện đại hơn, dễ điều khiển hơn, độ bền cao hơi, hiệu quả lớn hơn và chi phí đầu tư cũng cao hơn để có thể phát ra một lượng điện lớn hơn trong các nhà máy nhiệt điện của chúng ta. Chi phí đầu tư cho một nhà máy nhiệt điện của chúng ta thường lên đến vài trăm triệu USD và là những khoản đầu tư lớn cần được cân nhắc cẩn thận.

Quay lại quy trình đốt rác của ông Kiên, mặc dù cũng theo quy trình này nhưng nó còn ở mức rất sơ khai của thời kỳ ban đầu khi người ta mới bắt đầu biết phát điện. Các nhược điểm có thể thấy như sau:

Về quy trình, ông Kiên sử dụng hơi bão hòa ở áp suất tương đối thấp trong khi việc quay tua bin cần có hơi quá nhiệt để có thể vận hành hiệu quả, tua bin không có bộ phận ngưng hơi và hơi đi ra khỏi tua bin chỉ xả ra ngoài trời. Như vậy, đây là một quy trình rất thiếu cơ bản, không thể có hiệu quả và tiềm ẩn nhiều nguy cơ an toàn cháy nổ.

Về lò hơi, ông đặt công ty lò hơi Đông Anh chế tạo một lò hơi nhỏ sử dụng nhiệt từ lò đốt rác để sinh hơi. Tuy nhiên lò hơi là một thiết bị có thể gây nên cháy nổ và rất nguy hiểm nếu không biết vận hành một cách hợp lý. (Lò hơi là thiết bị được vận hành với các quy định an toàn đi kèm và cần được kiểm định hàng năm bởi cơ quan chức năng để đảm bảo kết cấu lò vẫn giữ được tính an toàn của nó với áp suất làm việc được thiết kế). Cụ thể trong trường hợp lò hơi của ông Kiên, lò hơi được thiết kế để hoạt động với áp suất 15 bar. Tuy nhiên, ông Kiên và toàn bộ đội ngũ vận hành của ông không hề biết các khái niệm cơ bản và dự kiến vận hành ở áp suất 60 – 70 cân (1 cân xấp xỉ 1 bar). Đây là điều nguy hiểm đối với ông, gia đình và hàng xóm xung quanh bởi trên thực tế đã có nhiều vụ nổ lò hơi đã diễn ra ở Việt nam và trên thế giới gây ra những ảnh hưởng không nhỏ.

Về tua bin, đây là một thiết bị phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao trong thiết kế chế tạo với nhiều tầng cánh và Việt Nam chưa có khả năng chế tạo một tua bin đạt tiêu chuẩn phù hợp. Đương nhiên để thiết kế và chế tạo một thứ gì đó quay được nhờ động lực của hơi nước thì không khó-  tua bin ông Kiên làm cũng chỉ mang tính chất của một thứ gì đó quay được. Còn máy phát điện thì ông Kiên mua của một máy phát cũ của Trung Quốc để nối với tua bin bằng dây đai.
Tóm lại, với tiêu đề “Đốt rác phát điện” mô hình lò đốt rác của ông Kiên đã gây được sự chú ý nhất định của các phương tiện thông tin đại chúng cũng như dự luận trong nước. Ông đã mất tới sáu năm liên tục với những nỗ lực toàn thời gian chỉ để làm ra những thứ đã được tạo ra từ hai thế kỷ trước.

Kể từ sau khi đoàn đánh giá của bộ Khoa học công nghệ xuống đánh giá, mô hình lò đốt đã được dỡ ra và không hoạt động trong 2 năm. Đến nay, nó lại được khơi lại trên các phương tiện thông tin đại chúng với những cái tên thật là kêu và ấn tượng. Tuy nhiên, những cái tên đó thật là trống rỗng khi nội dung của các bài báo thiếu đi nội hàm của một cơ sở khoa học đúng đắn.

Và với chúng tôi, những người làm nghiên cứu khoa học, một định hướng đúng lúc ban đầu đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với những kết quả sau đó. Không ít các nhà khoa học thực thụ đã phải nhận giải IG Nobel và do đó xin các quý vị làm công tác truyền thông lưu ý, các bạn đang sử dụng các danh từ rất kêu của mình để tác động lên một con người, một cuộc sống, một gia đình để đưa nó đi theo một hướng khác.

Với bác Kiên, bác là người có nhiều sáng kiến có thể đem lại những lợi ích cho cộng đồng, cho xã hội, việc tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm của bác chỉ nên dừng lại ở những lò đốt thông thường không sử dụng cho các loại rác thải độc hại và cần có sự tham khảo những kiến thức của các nhà khoa học thực thụ. Thêm vào đó bác cần có sự tham khảo về nhu cầu thực sự cho những sản phẩm dự kiến của bác để sản phẩm làm ra là có ích và đem lại thu nhập thực sự cho bác và gia đình. Không nên trở thành nạn nhân của truyền thông để mất thời gian, tiền bạc một cách vô ích.

Và một lần nữa, tôi muốn gửi lời cuối tới cộng đồng chúng ta rằng cần có nhiều đề tài khoa học trên giấy mới có được đề tài khoa học ứng dụng; nhiều đề tài có khả năng ứng dụng mới có được đề tài mang tính khả thi về kinh tế, xã hội. Mỗi đề tài khoa học của chúng ta chỉ như một viên gạch đóng góp vào một ngôi nhà mà thôi. Chúng tôi, những người làm khoa học, chúng tôi rất cần những nhà thiết kế tài ba, những nhà khoa học đầu đàn để có thể đặt ra và sắp xếp các kết quả nghiên cứu giúp cho ngôi nhà khoa học của Việt Nam được đẹp đẽ và bền vững. Chúng tôi cũng rất cần những quan niệm xã hội và phương thức quản lý đúng đắn để tạo nên các nền tảng vững chắc cho ngôi nhà khoa học này.

TS. Nguyễn Xuân Quang

(Trưởng bộ môn Hệ thống Năng lượng Nhiệt, Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà nội.)