Năng lượng sinh khối và biogas

Bài trước cho thấy thuỷ điện tích trữ năng lượng ở dạng thế năng nhờ độ cao. Bài này giới thiệu một cách tích trữ khác: chất hữu cơ (thực vật, chất thải chăn nuôi) tích trữ năng lượng hoá học có nguồn gốc từ quá trình quang hợp hấp thụ ánh sáng mặt trời trước đó. Về sau, khi cần dùng, năng lượng ấy được giải phóng qua đốt cháy hoặc lên men — vẫn dùng $A = P.t$ khi năng lượng đó được chuyển tiếp thành điện năng qua một máy phát.

**Sinh khối** là các vật liệu hữu cơ như rơm rạ, trấu, gỗ vụn, bã mía, và chất thải chăn nuôi — tất cả đều chứa năng lượng hoá học tích trữ từ quá trình quang hợp của thực vật trước đó. Có hai hướng khai thác chính. Hướng thứ nhất là **đốt trực tiếp** sinh khối để lấy nhiệt năng, ví dụ nhà máy đường đốt bã mía trong lò hơi để chạy máy phát điện phục vụ chính nhà máy. Hướng thứ hai là ủ **yếm khí** (không có oxygen) chất thải hữu cơ trong một hầm kín — vi sinh vật phân giải chất hữu cơ trong điều kiện đó, sinh ra khí **biogas** (thành phần chính là khí methane, $CH_4$, cháy được). Biogas được dẫn qua ống tới bếp để đun nấu trực tiếp (nhiệt năng), hoặc chạy một máy phát điện nhỏ chuyển hoá năng lượng đốt cháy thành điện năng phục vụ bơm nước, chiếu sáng chuồng trại. Khác với gió và mặt trời vốn phụ thuộc thời tiết và thời điểm trong ngày, biogas được tích trữ sẵn trong hầm nên có thể sử dụng bất cứ lúc nào cần, không phụ thuộc trời nắng hay có gió. Việc ủ biogas còn mang lợi ích kép: xử lý chất thải chăn nuôi, giảm mùi hôi và ô nhiễm nguồn nước, đồng thời tạo ra nhiên liệu sạch thay thế gas hoá lỏng mua ngoài. Lợi ích kép này còn có thêm một khía cạnh môi trường ít được nhắc tới: nếu chất thải chăn nuôi bị bỏ mặc phân huỷ tự do ngoài trời, khí methane vẫn sinh ra nhưng thoát thẳng vào khí quyển — mà methane có khả năng giữ nhiệt mạnh hơn CO2 rất nhiều lần. Thu gom khí đó vào hầm kín rồi đốt để lấy nhiệt năng hoặc điện năng vừa tận dụng được nguồn năng lượng, vừa hạn chế lượng methane phát thải tự do ra môi trường so với để chất thải phân huỷ ngoài trời.