Xử lý chất thải là vấn đề cấp bách trên toàn thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Hiện nay, các quốc gia và các doanh nghiệp không chỉ quan tâm đến công nghệ xử lý chất thải, mà còn quan tâm đến công nghệ thu hồi năng lượng từ quá trình xử lý chất thải, đặc biệt là công nghệ tận dụng nhiệt thu hồi từ các lò đốt chất thải để tạo ra điện năng. Để có được cái nhìn tổng quan về xu hướng nghiên cứu công nghệ đốt chất thải phát điện trên thế giới, thông tin từ các bằng sáng chế trong lĩnh vực này sẽ được tổng hợp và phân tích dưới đây.
Xu hướng nộp đơn đăng ký sáng chế trong lĩnh vực công nghệ đốt chất thải phát điện
Thông qua phân tích số liệu về số lượng đơn đăng ký sáng chế được công bố về công nghệ, thiết bị đốt chất thải phát điện trên thế giới trong giai đoạn từ năm 1997 đến năm 2020, số lượng đơn đăng ký sáng chế được công bố có tăng, có giảm theo từng năm nhưng xu hướng chung là tăng dần theo thời gian. Trong đó, số lượng đơn đăng ký sáng chế được công bố tăng mạnh trong giai đoạn từ năm 2017 cho tới nay. Khi khảo sát lượng đơn đăng ký sáng chế qua các năm, có thể thấy rõ sự gia tăng số lượng sáng chế, cụ thể như sau: Năm 2001 có 53 đơn đăng ký sáng chế được công bố; năm 2011 có 70 đơn đang ký sáng chế được công bố; năm 2020 có 90 đơn đăng ký sáng chế được công bố.
Những quốc gia đi đầu trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đốt chất thải phát điện
Hình 2 cung cấp số liệu đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu tại các quốc gia trên thế giới trong lĩnh vực công nghệ đốt chất thải phát điện. Thông tin này phản ánh hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ này tại các quốc gia vì thông thường một công nghệ được nghiên cứu tại quốc gia nào sẽ được nộp đơn đăng ký sáng chế lần đầu tại quốc gia đó. Số liệu này cho thấy các quốc gia nổi bật trong hoạt động nghiên cứu công nghệ đốt chất thải phát điện là: Nhật Bản có 313 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu; Trung Quốc có 265 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu; Đức có 201 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu và Hoa Kỳ có 126 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu. Có thể thấy rằng Nhật Bản là quốc gia đi đầu trong hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ đốt chất thải phát điện.
Một trong những tập đoàn tiên phong trong hoạt động nghiên cứu và áp dụng công nghệ đốt chất thải phát điện tại Nhật Bản là Tập đoàn Hitachi Zosen. Tập đoàn này sở hữu 73 sáng chế trong công nghệ đốt chất thải phát điện và có kinh nghiệm gần 50 năm trong nghiên cứu và áp dụng công nghệ này. Tập đoàn Hitachi Zosen xây dựng 60 nhà máy sản xuất điện từ chất thải tại các vùng khác nhau của Nhật Bản, như được thể hiện trong Hình 3, với tổng công suất đầu ra đạt khoảng 350 MW. Tập đoàn Hitachi Zosen cũng đã xây dựng nhiều nhà máy đốt chất thải phát điện cho các nước trên thế giới với 7 nhà máy tại Hàn Quốc, 5 nhà máy tại Đài Loan và 12 nhà máy tại Trung Quốc.
Hình 4 mô tả quy trình cơ bản của hệ thống đốt chất thải phát điện của Tập đoàn Hitachi Zosen. Chất thải được tập hợp vào trong hố chất thải sau đó thông qua cần trục đưa chất thải vào buồng đốt, chất thải được đốt bằng khí cung cấp thông qua lưới kiểu lò đốt. Nồi hơi thu hồi nhiệt từ khí nóng ở nhiệt độ cao khoảng 800ᴼC, hơi nước từ nồi hơi được đưa đến tuabin hơi nước để sản xuất điện. Khí xả của quá trình đốt đã được thu hồi nhiệt được xử lý trong hệ thống xử lý khí xả và khí thải vào môi trường đảm bảo sạch theo tiêu chuẩn môi trường. Chất thải rắn sau khi đốt (xỉ) và tro bay được thu hồi với tổng khối lượng giảm chỉ còn khoảng 10% so với chất thải ban đầu được đem chôn.
Tại Việt Nam, nhà máy xử lý chất thải công nghiệp phát điện đầu tiên (nhà máy Nedo) tại Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội được khánh thành cuối năm 2016 với công suất xử lý 75 tấn/ngày chất thải công nghiệp và nguy hại, đồng thời tận dụng phát điện với công suất 1.930 kW. Tổng mức đầu tư của dự án là trên 645 tỷ đồng. Toàn bộ thiết bị và công nghệ vận hành của Nhà máy đều do Công ty Hitachi Zosen cung cấp và chuyển giao.
Xu hướng nộp đơn đăng ký sáng chế trong lĩnh vực công nghệ đốt chất thải phát điện
Hình 1. Xu hướng nộp đơn đăng ký sáng chế trong lĩnh vực công nghệ đốt chất thải phát điện (1997 – 2020)
Thông qua phân tích số liệu về số lượng đơn đăng ký sáng chế được công bố về công nghệ, thiết bị đốt chất thải phát điện trên thế giới trong giai đoạn từ năm 1997 đến năm 2020, số lượng đơn đăng ký sáng chế được công bố có tăng, có giảm theo từng năm nhưng xu hướng chung là tăng dần theo thời gian. Trong đó, số lượng đơn đăng ký sáng chế được công bố tăng mạnh trong giai đoạn từ năm 2017 cho tới nay. Khi khảo sát lượng đơn đăng ký sáng chế qua các năm, có thể thấy rõ sự gia tăng số lượng sáng chế, cụ thể như sau: Năm 2001 có 53 đơn đăng ký sáng chế được công bố; năm 2011 có 70 đơn đang ký sáng chế được công bố; năm 2020 có 90 đơn đăng ký sáng chế được công bố.
Những quốc gia đi đầu trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đốt chất thải phát điện
Hình 2. Đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu tại các quốc gia trên thế giới
Hình 2 cung cấp số liệu đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu tại các quốc gia trên thế giới trong lĩnh vực công nghệ đốt chất thải phát điện. Thông tin này phản ánh hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ này tại các quốc gia vì thông thường một công nghệ được nghiên cứu tại quốc gia nào sẽ được nộp đơn đăng ký sáng chế lần đầu tại quốc gia đó. Số liệu này cho thấy các quốc gia nổi bật trong hoạt động nghiên cứu công nghệ đốt chất thải phát điện là: Nhật Bản có 313 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu; Trung Quốc có 265 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu; Đức có 201 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu và Hoa Kỳ có 126 đơn đăng ký sáng chế được nộp lần đầu. Có thể thấy rằng Nhật Bản là quốc gia đi đầu trong hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ đốt chất thải phát điện.
Một trong những tập đoàn tiên phong trong hoạt động nghiên cứu và áp dụng công nghệ đốt chất thải phát điện tại Nhật Bản là Tập đoàn Hitachi Zosen. Tập đoàn này sở hữu 73 sáng chế trong công nghệ đốt chất thải phát điện và có kinh nghiệm gần 50 năm trong nghiên cứu và áp dụng công nghệ này. Tập đoàn Hitachi Zosen xây dựng 60 nhà máy sản xuất điện từ chất thải tại các vùng khác nhau của Nhật Bản, như được thể hiện trong Hình 3, với tổng công suất đầu ra đạt khoảng 350 MW. Tập đoàn Hitachi Zosen cũng đã xây dựng nhiều nhà máy đốt chất thải phát điện cho các nước trên thế giới với 7 nhà máy tại Hàn Quốc, 5 nhà máy tại Đài Loan và 12 nhà máy tại Trung Quốc.
Hình 3. Các nhà máy sản xuất điện từ chất thải do Hitachi Zosen xây dựng tại Nhật Bản
Nguồn: JASE Sản phẩm và Công nghệ Năng lượng Thông minh của Nhật Bản
Hình 4 mô tả quy trình cơ bản của hệ thống đốt chất thải phát điện của Tập đoàn Hitachi Zosen. Chất thải được tập hợp vào trong hố chất thải sau đó thông qua cần trục đưa chất thải vào buồng đốt, chất thải được đốt bằng khí cung cấp thông qua lưới kiểu lò đốt. Nồi hơi thu hồi nhiệt từ khí nóng ở nhiệt độ cao khoảng 800ᴼC, hơi nước từ nồi hơi được đưa đến tuabin hơi nước để sản xuất điện. Khí xả của quá trình đốt đã được thu hồi nhiệt được xử lý trong hệ thống xử lý khí xả và khí thải vào môi trường đảm bảo sạch theo tiêu chuẩn môi trường. Chất thải rắn sau khi đốt (xỉ) và tro bay được thu hồi với tổng khối lượng giảm chỉ còn khoảng 10% so với chất thải ban đầu được đem chôn.
Hình 4. Quy trình sản xuất điện từ chất thải của Tập đoàn Hitachi Zosen
Nguồn: JASE Sản phẩm và Công nghệ Năng lượng Thông minh của Nhật Bản
Hình 5. Nhà máy xử lý chất thải phát điện Nedo – Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội
Nguồn: Công ty TNHH MTV Môi trường đô thị Hà Nội (URENCO)
Tại Việt Nam, nhà máy xử lý chất thải công nghiệp phát điện đầu tiên (nhà máy Nedo) tại Khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội được khánh thành cuối năm 2016 với công suất xử lý 75 tấn/ngày chất thải công nghiệp và nguy hại, đồng thời tận dụng phát điện với công suất 1.930 kW. Tổng mức đầu tư của dự án là trên 645 tỷ đồng. Toàn bộ thiết bị và công nghệ vận hành của Nhà máy đều do Công ty Hitachi Zosen cung cấp và chuyển giao.
