Mỗi năm, thế giới thải bỏ khoảng hàng tỷ tấn thực phẩm. Khi khối lượng rác thải khổng lồ này tiếp tục tích tụ, các doanh nghiệp trên khắp thế giới đang phát triển nhiều phương pháp sáng tạo để biến chất thải hữu cơ thành nhiên liệu có thể sử dụng được. 

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh Business Insider, nói về những phương pháp biến rác thải thực phẩm thành năng lượng tại một số quốc gia trên thế giới.

Để xem và hiểu một cách đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả nên tham khảo toàn bộ nội dung của bài viết trước khi xem video. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] tại góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F.

Nhà máy khí sinh học tại Hyderabad, Ấn Độ
Tại chợ Bowenpally ở Hyderabad, Ấn Độ, khoảng 10 tấn thực phẩm không bán được bị thải bỏ mỗi ngày. Thay vì bị đưa đến bãi rác, lượng chất thải này được chuyển hóa thành điện năng để cấp điện cho đèn đường, các tòa nhà và một nhà bếp có khả năng chuẩn bị khoảng 800 suất ăn mỗi ngày.

Quy trình bắt đầu bằng việc cắt nhỏ các loại rau củ kích thước lớn rồi đưa chúng lên băng chuyền. Một số rau củ đã hỏng, trong khi số khác bị bỏ đi vì chi phí vận chuyển trở lại nông trại còn cao hơn giá trị của chúng. Băng chuyền đưa nguyên liệu vào máy cắt để cắt nhỏ thành các hạt đồng đều hơn. Chỉ trong một ngày, hệ thống này xử lý lượng rau củ tương đương với lượng thực phẩm mà khoảng 150 người Ấn Độ tiêu thụ trong suốt một năm.

Sau công đoạn nghiền, hỗn hợp được đưa vào máy nghiền để tạo thành dạng bột nhão. Phần bột này sau đó được bơm qua các bể ngầm và đưa vào hai bể phân hủy sinh học cỡ lớn. Theo các kỹ sư vận hành nhà máy, bên trong các bể này chứa vi khuẩn kỵ khí – những vi sinh vật có thể tồn tại mà không cần oxy. Các vi khuẩn này tiêu thụ chất thải thực phẩm và tạo ra methane (metan) cùng carbon dioxide (CO₂) như sản phẩm phụ.

Các vật liệu hữu cơ vốn tự nhiên phát thải những loại khí này khi phân hủy. Tuy nhiên, do lượng thực phẩm bị thải bỏ quá lớn, các bãi chôn lấp hiện đã trở thành nguồn phát thải methane do con người tạo ra lớn thứ ba trên thế giới, chỉ đứng sau nhiên liệu hóa thạch và nông nghiệp. Dự án Bowenpally thu giữ các loại khí này trước khi chúng thoát ra khí quyển. Thay vì để methane góp phần làm biến đổi khí hậu, nhà máy đốt khí sinh học (biogas) (1) để tạo ra điện năng.
(1) Khí sinh học là hỗn hợp khí được tạo ra khi các chất hữu cơ bị phân hủy trong môi trường thiếu oxy (môi trường kỵ khí).

Khí được lưu trữ trong bốn túi chứa khổng lồ giống như các quả bóng lớn cho đến khi cần sử dụng. Từ đó, khí được dẫn đi khoảng 400-500m đến khu bếp ăn. Hệ thống tạo ra đủ năng lượng để vận hành một căng tin phục vụ khoảng 800 bữa ăn mỗi ngày.

Phân bón hữu cơ từ chất thải thực phẩm
Ngoài năng lượng, nhà máy còn tạo ra phân bón như một sản phẩm phụ có giá trị. Những người nông dân bán nông sản tại khu chợ sẽ mua lại loại phân bón này và sử dụng trên chính các cánh đồng nơi rau củ được trồng. Theo đại diện dự án, loại phân bón này giúp cải thiện chất lượng đất, tăng năng suất cây trồng và cho phép nông dân bán nông sản với giá cao hơn vì rau hữu cơ hiện có giá trị thương mại rất lớn trên thị trường. Các sản phẩm như gạo hữu cơ hiện đặc biệt đắt đỏ.

Tiến sĩ Rao – một nhà khoa học tham gia dự án, hiện đang xây dựng thêm năm nhà máy tương tự khác trong thành phố. Công nghệ này cũng không chỉ giới hạn ở rau củ. Khí sinh học có thể được tạo ra từ gần như mọi loại vật liệu hữu cơ, bao gồm cả chất thải động vật và con người.

Vì sao khí sinh học chưa phổ biến toàn cầu
Mặc dù có nhiều lợi ích về môi trường như giảm chất thải rắn, cắt giảm phát thải và tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, phần lớn các quốc gia vẫn tiếp tục phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch vì chúng rẻ hơn đáng kể. Tại Bắc Mỹ, chi phí sản xuất khí sinh học cao gần gấp năm lần khí tự nhiên (natural gas). Các chuyên gia trong ngành cho biết rất khó để cạnh tranh với khí tự nhiên tại Mỹ khi giá gas đang ở mức cực thấp.

Tại nhiều khu vực ở châu Á, khoảng cách chi phí nhỏ hơn đáng kể, đôi khi thấp hơn 2 USD cho mỗi đơn vị năng lượng. Theo kỹ sư Shruti, nhiều chính quyền bang và tổ chức trước đây còn do dự với các dự án khí sinh học nay đã nhận ra rằng các công nghệ nội địa hoàn toàn có khả năng vận hành hiệu quả. Nhà máy khí sinh học lớn nhất thế giới gần đây đã được xây dựng tại Đan Mạch, trong khi nhiều cơ sở mới cũng đang được phát triển tại châu Âu và châu Phi. Một công ty Israel thậm chí còn bán các hệ thống cho phép hộ gia đình tự sản xuất khí sinh học ngay tại sân sau nhà mình.

Tuy nhiên, ngay cả những người ủng hộ công nghệ này cũng thừa nhận rằng khí sinh học sẽ không bao giờ thay thế hoàn toàn khí tự nhiên vì đơn giản là không có đủ lượng chất thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu. Dù vậy, khí sinh học mang lại một lợi ích rất lớn mà nhiên liệu hóa thạch không thể có – giảm lượng rác thải tại bãi chôn lấp và ngăn methane thoát ra khí quyển.

Tại Mỹ, nơi khoảng 30% đến 40% tổng lượng thực phẩm bị vứt bỏ, nhiều chuyên gia xem đây là một cơ hội bị bỏ lỡ rất lớn. Ngay cả những người nông dân bị thiệt hại tài chính khi không bán được nông sản cũng cho rằng việc biến rác thải thành nhiên liệu vẫn tốt hơn nhiều so với việc chỉ đem bỏ đi. Các kỹ sư của dự án Bowenpally hy vọng thành công của mô hình này sẽ thúc đẩy thêm nhiều hệ thống bền vững tương tự trong tương lai. Theo Shruti, những dự án như vậy là cần thiết để cuộc sống trở nên bền vững hơn không chỉ cho hiện tại mà còn cho nhiều thập kỷ sau này.

Than ép từ vỏ dừa tại Sierra Leone
Tại Sierra Leone (một quốc gia nằm ở Tây Phi), doanh nhân Alhaji Siraj Bah đang cố gắng truyền cảm hứng để người dân chuyển từ than củi truyền thống sang than ép (than briquette) (2) làm từ chất thải dừa. Đối với ông, đây là một sứ mệnh mang tính cá nhân sâu sắc. Khi mới 17 tuổi, Alhaji đã mất gia đình nuôi trong một trận lở đất nghiêm trọng. Những thảm họa như vậy ngày càng phổ biến khi nạn phá rừng khiến hệ thống rễ cây, vốn giúp giữ đất trong các trận mưa bão dữ dội – dần biến mất.
(2) Than briquette là loại nhiên liệu được tạo ra bằng cách nghiền nhỏ nguyên liệu, sau đó ép nén chúng thành khối, viên hoặc thanh có hình dạng đồng đều. Đây không phải là một loại than tự nhiên riêng biệt, mà là sản phẩm được tạo hình từ vật liệu đã qua xử lý.

Alhaji tin rằng giảm phá rừng là yếu tố quan trọng để ngăn chặn những thảm họa tương tự trong tương lai, và ông hy vọng có thể góp phần bằng cách tạo ra một nguồn nhiên liệu thay thế. Dừa là một trong những món ăn đường phố phổ biến nhất tại Freetown, thủ đô của Sierra Leone. Những người bán hàng thường kết thúc ngày làm việc với các đống vỏ dừa khổng lồ và phải tốn tiền để xử lý chúng.

Theo Alhaji, công ty Rugsal Trading của ông hiện thu gom khoảng 2 tấn chất thải dừa mỗi tuần và đặt mục tiêu nâng cao con số này. Công nhân đầu tiên sẽ làm sạch vỏ dừa rồi phơi khô khoảng một tuần. Sau đó, nguyên liệu được đốt trong các thùng thép lớn.

Phần vật liệu đã carbon hóa được nghiền thành bột mịn rồi trộn với nước cùng một thành phần đóng vai trò chất kết dính. Một máy ép sẽ ép hỗn hợp thành các thanh hình chữ nhật có dạng nhầy, sau đó cần từ ba đến bốn ngày để khô hoàn toàn trước khi sử dụng.

Rugsal Trading có thể sản xuất khoảng nửa tấn than briquette mỗi ngày. Trong các tháng kinh doanh thuận lợi, công ty có thể đạt doanh thu lên tới 4.500 USD. Than briquette được bán với giá khoảng 70 cent/kg – đắt gấp bốn lần than củi thông thường. Tuy nhiên, chúng cũng cháy lâu hơn ít nhất bốn lần. Thách thức tiếp theo của Alhaji là mở rộng doanh số tới những hộ gia đình hiện vẫn chặt cây để lấy nhiên liệu nấu ăn.

Nhiên liệu sinh khối từ chất thải sản xuất cider tại Argentina
Alhaji không phải người duy nhất phát triển giải pháp thay thế than củi truyền thống. Tại Argentina, José Alberto Aramberri và vợ ông, Cristina, đang sản xuất nhiên liệu sinh khối (bio-log) (3) từ chất thải của quá trình sản xuất cider táo và lê.
(3) Nhiên liệu sinh khối là loại nhiên liệu rắn được tạo ra bằng cách ép nén các vật liệu hữu cơ thành dạng khúc hoặc thanh để đốt lấy nhiệt.

Khu vực Alto Valle có ba con sông tạo ra vùng đất màu mỡ lý tưởng để trồng táo và lê. Mỗi năm, riêng ngành sản xuất cider tại Argentina tạo ra khoảng 75.000 tấn chất thải trái cây (gọi là pomace). Đây chính là nguyên liệu cốt lõi của công ty Biot do José thành lập.

Ý tưởng bắt đầu khi José mang về nhà một mẩu pomace khô để thử nghiệm và nhận ra rằng nó có thể được dùng làm nhiên liệu đốt. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là tìm cách biến hàng tấn hỗn hợp trái cây ướt và nhão thành các khối nhiên liệu rắn. May mắn là các nhà sản xuất cider như Marcelo Garcia thường sẵn sàng cho pomace vì việc xử lý chất thải này khá khó khăn.

Quy trình sản xuất cider bắt đầu từ những trái cây vốn sẽ bị loại bỏ. Các kênh nước đưa trái cây đi khắp nhà máy trước khi hệ thống băng tải gầu nâng chúng lên máy nghiền. Tuy nhiên, pomace không thể quá khô vì như vậy nó sẽ không thể di chuyển trơn tru trong máy móc. Vì vậy, nhà máy đôi khi phải bổ sung thêm nước vào hỗn hợp.

Marcelo cho biết pomace có nhiều ứng dụng khác nhau như làm phân compost, tạo nhiệt hoặc sản xuất giấm. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất vẫn là vận chuyển vì hỗn hợp này rất nặng và chứa nhiều nước. José nhận pomace bằng xe tải chở trực tiếp tới khu đất của mình và đã thử nhiều cách khác nhau để loại bỏ nước thừa. Cho đến nay, giải pháp rẻ nhất vẫn là trải pomace ra mặt đất và để khô tự nhiên trong vài ngày.

Sau khi khô, công nhân dùng xe ủi để đưa nguyên liệu vào một máy chuyên dụng. Với sự hỗ trợ của máy kéo, hệ thống sẽ ép pomace thành các dải dài rồi cắt thành dạng viên gạch. José xếp chồng các khối nhiên liệu đã khô và liên tục thử nghiệm các hệ thống mới, bao gồm khuôn hình chữ nhật có thể tạo ra các viên mỏng hơn và giảm nhu cầu lật thủ công trong quá trình phơi khô.

Bio-log và văn hóa asado tại Argentina
Nhiên liệu sinh khối được bán cho cả doanh nghiệp địa phương lẫn hộ gia đình. Các bữa tiệc nướng truyền thống của Argentina (gọi là asado) đã tồn tại từ thế kỷ 16. Dù than hiện được sử dụng phổ biến, nhiều người vẫn tin rằng củi đốt mang lại hương vị thịt ngon hơn nên đặc biệt được các nhà hàng ưa chuộng.

José khẳng định thịt nướng bằng nhiên liệu sinh khối của Biot không có hương vị khác biệt so với khi dùng củi truyền thống. Bio-log tạo ra lượng nhiệt tương đương củi đốt thông thường và cũng có tác động tương tự đến chất lượng không khí khi cháy. Theo José, chi phí sử dụng cũng gần tương đương.

Do chi phí sản xuất khá thấp nên doanh nghiệp vẫn có lợi nhuận, mặc dù khách hàng phải tự đến trang trại của José để lấy hàng. Năm 2019, José và Cristina từng cung cấp bio-log cho chính quyền địa phương để phân phát cho các hộ thu nhập thấp.

Cristina thừa nhận rằng quy trình sản xuất hiện tại còn chậm và khó mở rộng quy mô. Tuy nhiên, José tin rằng công nghệ này cuối cùng sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai. Dù thế nào đi nữa, ông cho biết mình tự hào vì đã để lại một di sản gắn liền với đổi mới sáng tạo và tư duy bền vững.

Biến nước thải đậu phụ thành nhiên liệu tại Indonesia
Tại Indonesia, một cộng đồng khác đã phát triển phương pháp chuyển đổi chất thải thực phẩm thành nhiên liệu bằng cách biến nước thải đậu phụ thành khí gas dùng để nấu ăn. Trong bối cảnh việc tiếp cận năng lượng ổn định vẫn còn là thách thức tại quốc gia này, khí sinh học từ đậu phụ đã trở thành một giải pháp thay thế quan trọng.

Bên trong nhà máy đậu phụ Haji Oji tại huyện Sumedang, Tây Java, môi trường vừa nóng, vừa ẩm và có mùi chua có thể ngửi thấy từ bên ngoài. Nhà máy này là một trong hơn 230 cơ sở sản xuất đậu phụ trong khu vực – nơi nổi tiếng khắp Indonesia với ngành công nghiệp đậu phụ. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất này cũng tạo ra lượng nước thải khổng lồ.

Gần như mọi công đoạn sản xuất đậu phụ đều sinh ra chất thải lỏng. Khi xả trực tiếp ra sông suối, lượng nước thải có tính axit này có thể làm chết cá và phá hủy cây trồng. Khi các chất hữu cơ hòa tan phân hủy, chúng còn tạo ra khí amoniac.

Hệ thống biogas cộng đồng tại Sumedang
Trước đây, toàn bộ lượng nước thải từ quá trình sản xuất bị xả trực tiếp ra sông. Hiện nay, các đường ống đã dẫn nước thải từ các nhà máy đậu phụ tới một cơ sở sản xuất khí sinh học.

Sáu bể màu đen cao lớn sẽ chuyển đổi chất thải thành khí sinh học. Nước thải được bơm từ hồ chứa vào bể đầu tiên, nơi các kỹ thuật viên đưa vào vi khuẩn kỵ khí có khả năng phân hủy chất hữu cơ mà không cần oxy. Khi các vi sinh vật tiêu thụ protein từ đậu nành, chúng sẽ tạo ra methane có thể sử dụng làm nhiên liệu. Toàn bộ quá trình lên men kéo dài khoảng 20 ngày, dù nguyên liệu mới vẫn được bổ sung vào hệ thống hàng ngày. Phần chất rắn còn lại sau quá trình xử lý có thể được dùng làm phân bón.

Trong 40 năm qua, Indonesia đã xây dựng gần 50.000 nhà máy sản xuất khí sinh học. Một số được chính phủ tài trợ, trong khi cơ sở tại Sumedang thuộc sở hữu tập thể của cộng đồng địa phương. Các cơ sở lớn hơn tại nhiều khu vực khác cũng chuyển đổi khí sinh học thành điện năng.

Tương lai của biogas tại Indonesia
Nhu cầu tiêu thụ đậu phụ khổng lồ tại Indonesia tạo ra tiềm năng phát triển rất lớn cho công nghệ này. Nhà máy Sumedang hiện cung cấp đường ống dẫn khí sinh học trực tiếp cho hàng chục hộ gia đình và vẫn còn khả năng mở rộng thêm. 

Tuy nhiên, mô hình tuần hoàn này cũng có những hạn chế nhất định. Nước thải đậu phụ phải liên tục được tạo ra, thu gom và lên men để duy trì dòng khí ổn định. Do các nhà máy đậu phụ chỉ hoạt động trong những khung giờ nhất định, nguồn khí sinh học chỉ được cung cấp cho các hộ dân vài giờ vào buổi sáng và buổi chiều.

Một số khu vực tại Indonesia có sử dụng khí tự nhiên, nhưng việc xây dựng hệ thống đường ống trên 17.000 hòn đảo của quốc gia này là vô cùng khó khăn. Khoảng 60% năng lượng của Indonesia hiện vẫn đến từ than đá. 

Các nhà máy biogas quy mô nhỏ như Sumedang có thể sẽ trở thành một phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi đó. Dù những hệ thống này không thể cung cấp điện hoặc nhiên liệu nấu ăn cho mọi nơi, chúng cho thấy các cộng đồng hoàn toàn có thể biến những vấn đề rác thải khó chịu thành các giải pháp năng lượng thực tiễn và bền vững.

Tiếp tục khám phá chuyên đề Môi trường và Tái chế trên trang technologyMAG
Bài viết này là một phần trong chuỗi nội dung chuyên sâu về môi trường, xử lý chất thải, tái chế và kinh tế tuần hoàn do technologyMAG thực hiện nhằm cập nhật những công nghệ, giải pháp và dự án mới nhất tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Trong bối cảnh các yêu cầu về phát triển bền vững, giảm phát thải và sử dụng hiệu quả tài nguyên ngày càng được quan tâm, ngành môi trường và tái chế đang trở thành một trong những lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế hiện đại.

Để giúp độc giả thuận tiện theo dõi toàn bộ nội dung liên quan, Ban biên tập technologyMAG đã xây dựng trang tổng hợp chuyên đề Môi trường và Tái chế, bao gồm các nhóm bài viết về xử lý chất thải, tái chế nhựa, giấy, kim loại, thủy tinh, dệt may, rác thải điện tử, xử lý nước, kinh tế tuần hoàn, công nghệ môi trường và các dự án tiêu biểu tại Việt Nam và quốc tế.

Tìm hiểu thêm về chuyên đề Môi trường và Tái chế tại:
https://www.technologymag.net/technologymag-gioi-thieu-loat-tin-bai-chu-de-moi-truong-tai-che/

Để xem các tin bài khác về “Rác thải thực phẩm”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Business Insider