- Quá trình này được chia thành bốn giai đoạn sinh học: thủy phân, tạo axit, tạo axetat và tạo metan.
- Có hai sản phẩm chính thu được: khí sinh học (năng lượng tái tạo) và chất thải sau quá trình phân hủy (phân bón hữu cơ).
- Tính hợp pháp của chất thải sau quá trình phân hủy sinh học phụ thuộc vào việc nó có đáp ứng các tiêu chí của EU để được coi là sản phẩm hay được phân loại là chất thải.
- Nó góp phần giảm thiểu khí thải nhà kính bằng cách thu giữ khí metan từ chất thải hữu cơ.
Chắc hẳn bạn đã từng nghe đến "khí đầm lầy" hoặc tự hỏi điều gì xảy ra với thức ăn thừa và phân bón tích tụ ở vùng nông thôn. Vâng, tất cả những điều này là một phần của hiện tượng tự nhiên hấp dẫn gọi là quá trình phân hủy kỵ khí, một quá trình sinh học, mặc dù có vẻ như phép thuật, nhưng thực chất là sự kết hợp thuần túy giữa hóa học và vi sinh vật hoạt động hết công suất để chuyển hóa chất hữu cơ thành năng lượng sạch và phân bón chất lượng cao.
Mặc dù hiện nay chúng ta đang quản lý quá trình này trong các nhà máy công nghiệp thông qua phương pháp sản xuất khí sinh học để thu lợi kinh tế, nhưng quá trình này diễn ra tự phát trong các mỏ dầu hoặc vùng nước tù đọng. Về cơ bản, nó bao gồm việc cho phép một lượng lớn vi sinh vật tiêu thụ sinh khối trong môi trường thiếu oxy , tạo ra nhiên liệu tái tạo và chất thải giàu dinh dưỡng cho đất.
Bốn giai đoạn của quá trình sinh học
Để chất hữu cơ chuyển hóa thành khí, nó phải trải qua một loại "dây chuyền lắp ráp" sinh học gồm bốn giai đoạn quan trọng:
- Thủy phân: Đây là bước đầu tiên, nơi các đại phân tử phức tạp nhất (như protein, lipid và polysaccharid) được phân giải thành các thành phần đơn giản hơn như đường hoặc rượu. Tại đây, các enzyme ngoại bào của vi khuẩn lên men hoạt động, và do tính chất tùy nghi, Chúng không kén chọn về oxy..
- Sự hình thành axit: Trong giai đoạn này, vi khuẩn sinh axit sẽ lấy những phân tử đơn giản đó và chuyển hóa chúng thành các axit béo dễ bay hơi chuỗi ngắn, hydro và carbon dioxide.
- Sự hình thành axit axetic: Tại đây, quy trình tiếp tục được hoàn thiện, chủ yếu chuyển đổi các sản phẩm trước đó thành... axit axetic, CO2 và hydro.
- Quá trình sinh khí metan: Lớp niêm phong chính. Vi khuẩn sinh khí metan, là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, chuyển hóa tất cả những chất trên thành... mêtan và carbon dioxide.
Nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tiễn
Khi muốn kiểm soát quá trình này trong bể phân hủy sinh học, giai đoạn hiếu khí sẽ diễn ra trước, trong đó vi sinh vật tiêu thụ oxy có sẵn. Khi môi trường trở nên kín khí và không còn không khí, vi khuẩn kỵ khí sẽ bắt đầu hoạt động. Hệ thống này cực kỳ hiệu quả, vì nó sử dụng 90% năng lượng có sẵn trong hỗn hợp, chỉ dành 10% cho sự phát triển của vi khuẩn.
Phương pháp này là giải pháp lý tưởng để quản lý chất thải từ ngành chăn nuôi (phân chuồng và chất thải lỏng), chất thải đô thị và chất thải dư thừa từ ngành công nghiệp thực phẩm nông nghiệp. Từ quy trình này, chúng ta thu được hai sản phẩm chủ lực:
- Khí sinh học: Một hỗn hợp thường bao gồm 70% metan và 30% carbon dioxide, với một lượng nhỏ hydro sunfua. Nó có thể được sử dụng trong nồi hơi hoặc động cơ điện. Nếu trải qua quá trình nâng cấp, ta sẽ thu được... Khí sinh học (biomethane), về cơ bản là giống hệt khí tự nhiên. Nhiên liệu hóa thạch nhưng có thể tái tạo.
- Tóm tắt: Đó là phần cặn lỏng hoặc sệt còn lại sau quá trình sản xuất. Do giàu nitơ, phốt pho và kali, nó có chức năng như một chất... phân bón hữu cơ hấp thụ nhanh Điều này giúp phục hồi đất bị hư hại do canh tác thâm canh.
Khung pháp lý và phân loại chất thải sau quá trình phân hủy sinh học
Không chỉ có sinh học; còn có cả thủ tục giấy tờ nữa. Tại Tây Ban Nha, quá trình phân hủy kỵ khí được mã hóa là R0302 theo Luật 7/2022. Tùy thuộc vào loại vật liệu được phân hủy, chẳng hạn như phụ phẩm động vật không thích hợp cho con người tiêu thụ (ABP), cần có các giấy phép hành chính cụ thể để hoạt động hợp pháp.
Một điểm quan trọng là liệu chất thải sau quá trình phân hủy sinh học có được coi là sản phẩm hay chất thải. Để được coi là sản phẩm phân bón của EU , nó phải tuân thủ Quy định (EU) 2019/1009 (cụ thể là loại CMC5). Nếu không đáp ứng các tiêu chuẩn này, nó được phân loại là chất thải theo mã EWC liên quan và phải được xử lý đúng cách bởi một đơn vị quản lý chất thải được ủy quyền.
Điều cần thiết là không được nhầm lẫn giữa chất thải đã qua xử lý sinh học (digestate) và vật liệu ổn định sinh học (biostabilized material ). Vật liệu ổn định sinh học này đến từ các nhà máy xử lý cơ học-sinh học đối với chất thải hỗn hợp và, không giống như chất thải đã qua xử lý sinh học, không thể được coi là phân bón hoặc sản phẩm, mà vẫn được phân loại nghiêm ngặt là chất thải theo mã EWC 19 06 99.
lợi ích về môi trường và kinh tế
Việc triển khai các nhà máy này không chỉ giúp tuân thủ các quy định mà còn mang lại tác động tích cực to lớn. Bằng cách thu giữ khí metan lẽ ra sẽ thoát ra khí quyển, chúng ta giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính . Hơn nữa, nitơ trong chất thải sau quá trình phân hủy sinh học dễ hấp thụ hơn nhiều so với nitơ trong phân bón hóa học, giúp thúc đẩy sự phát triển của cây trồng và ngăn ngừa xói mòn đất màu mỡ.
Công nghệ sản xuất khí sinh học (biomethanization) представляет собой cơ hội vàng để khép kín chu trình carbon, biến vấn đề (chất thải) thành giải pháp năng lượng và nông nghiệp, cho phép các công ty tiết kiệm chi phí vận hành và cải thiện dấu ấn sinh thái của họ một cách bền vững.
Hệ thống sinh học toàn diện này cho phép chất hữu cơ trải qua các giai đoạn thủy phân, tạo axit, tạo axetat và tạo metan để tạo ra khí sinh học và chất cặn bã. Khí sinh học có thể được sử dụng làm nhiên liệu đa năng hoặc khí mêtan sinh học để bơm vào môi trường, trong khi chất cặn bã đóng vai trò như một loại phân bón hữu cơ hiệu quả, miễn là tuân thủ các quy định pháp luật và môi trường để tránh việc nó bị xử lý đơn thuần như chất thải.