1. Tên nhiệm vụ KH&CN
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đầu phát khí hoá plasma dùng trong xử lý rác thải rắn sinh hoạt
2. Tính cấp thiết
Đô thị hoá trong quá trình phát triển kinh tế là xu thế tất yếu. Đô thị hoá tất nhiên kéo theo tập trung dân cư, hiện nay dân số Việt Nam là 95 triệu người (2017), dân cư đô thị chiếm 34,7% tổng dân số (khoảng 33 triệu người) trong đó dân số Tp. Hồ Chí Minh là hơn 8 triệu người, Tp. Hà Nội hơn 7 triệu người.
Theo số liệu năm 2017 của các Sở tài nguyên – môi trường, mỗi ngày trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh thải ra tổng khối lượng CTR vào khoảng 8.000 – 8.500 t/ngày. Tổng khối lượng CTR sinh hoạt phát sinh trên địa bàn TP. Hà Nội khoảng 6.500 t/ngày.
Hàm lượng chất thải nhựa trong CTR sinh hoạt của Việt Nam lớn, tới ~ 10 %; tỷ trọng rác nhà bếp cao ~ 40-45 %, độ ẩm lớn ~ 40-50 % tùy theo mùa, nhiệt lượng thấp, trung bình ~ 5.000-5.500 kJ/kg, giá thành xử lý thấp ~20 $/t, không có hệ thống phân loại rác tại nguồn, tạp chất nhiều và có lẫn cả rác thải độc hại như rác thải y tế, rác thải điện tử và rác thải từ các khu công nghiệp. Có thể thấy rất khó phân loại CTR tại Việt Nam. Những đặc điểm trên cho thấy vấn đề xử lý CTR sinh hoạt của Việt Nam phức tạp hơn so với các nước trên thế giới, đòi hỏi phải áp dụng công nghệ tiên tiến nhất mới có thể đáp ứng các đòi hỏi về môi trường: (TCVN 5940: 2005; QCVN 30:2012/BTNMT và QCVN 02:2012/BTNMT).
Trong các loại công nghệ truyền thống cơ bản để xử lý CTR sinh hoạt: chôn lấp, xử lý vi sinh, đốt và hóa khí hiện nay, còn có nhiều nhược điểm và thường gây nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường: làm ô nhiễm không khí, nguồn nước, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống của người dân. Trong khi đó, xu hướng xử lý CTR sinh hoạt hiện nay trên thế giới là hóa khí plasma, đó là công nghệ tiên tiến nhất, triệt để nhất cho phép xử lý CTR, kể cả CTR độc hại như rác y tế, thực sự không gây ra ô nhiễm môi trường, đặc biệt có thể xử lý được tất cả các loại CTR sinh hoạt hầu như không thể phân loại được trong thực tế ở Việt Nam.
Trình độ công nghệ của Việt Nam còn rất hạn chế, nên việc áp dụng các công nghệ cao cũng đang đặt ra nhiều thách thức đối với các chuyên gia Việt Nam, nhất là trong lĩnh vực plasma hóa khí rác thải sản xuất điện. Hiện nay xử lý rác thải tại các đô thị là vấn đề rất bức xúc, đang gây áp lực lên chính quyền các đô thị, đang là bài toán phức tạp và khó giải trong việc lựa chọn công nghệ xử lý CTR. Công nghệ xử lý CTR bằng khí hoá plasma là công nghệ hoàn toàn mới, tiên tiến nhất trên thế giới, nhưng chưa được nghiên cứu tại Việt Nam. Có một vài công ty nước ngoài đến chào hàng với chi phí đầu tư cực khủng lên tới vài trăm triệu USD. Ví dụ: một công ty của Úc chào công nghệ xử lý CTR bằng plasma với giá 520 triệu USD cho nhà máy công suất 2.000 t/ngày. Với công suất như trên, cùng với các cải tiến và bí quyết công nghệ của mình, Viện Công nghệ VinIT có thể xây dựng nhà máy xử lý rác thải sinh hoạt với vốn đầu tư chỉ bằng khoảng 30-40%. Ngoài ra, còn một số công ty của Nhật Bản, Hàn Quốc và Đức cũng chào mời sử dụng công nghệ đốt thông thường cho rác thải độc hại của Việt Nam nhưng với tỉ suất đầu tư còn lớn hơn công nghệ hóa khí plasma do Viện Công nghệ VinIT đề xuất.
Vì vậy, vấn đề cấp thiết hiện tại là bài toán vừa phải xử lý rác thải với nhiều thành phần phức tạp và cực kỳ độc hại như CTR của Việt Nam, vừa đáp ứng được bài toán kinh tế về suất đầu tư, trong khi nước ta còn đang phát triển với chi phí xử lý rác cực kỳ thấp chỉ 20 USD/t (trong khi ở Nhật Bản 500 USD/t), vừa đòi hỏi phải đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe về môi trường. Do đó, việc đề xuất dự án nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đầu đốt plasma và lò phản ứng plasma là vô cùng cấp thiết để nhanh chóng giải quyết vấn đề xử lý rác thải sinh hoạt có ý nghĩa KHCN, xã hội và kinh tế lớn và phù hợp với thực trạng nói trên.
Hiện nay, trên thế giới đã có một số nhà máy khí hóa plasma quy mô nhỏ xử lý rác thải tại Nhật, Mỹ, Canada, Nga, Ấn Độ, v.v… Ví dụ, các công ty nước ngoài sở hữu công nghệ plasma khí hóa rác thải thương mại có : Westinghouse Plasma Corporation (WPC, đã được mua lại bởi Công ty AlterNRG Canada), Tập đoàn Năng lượng Plasco Canada (Plasco Conversion Technologies Inc), v.v….
Tóm lại : Lò đốt khí hoá plasma là công nghệ hoàn toàn mới trên thế giới. Ưu điểm nổi bật của công nghệ plasma khí hoá là không cần xử lý hoặc phân loại rác trước như các phương pháp, công nghệ khác, đặc biệt không tạo ra các chất khí độc hại như như Dioxin, Furan (nguồn gốc gây ra các bệnh ung thư)… Phạm vi xử lý rộng giúp công nghệ này có thể xử lý tất cả các loại chất thải y tế và chất thải nguy hại (kể cả các loại bệnh phẩm và chất thải dạng lỏng); xỉ rắn còn lại đã ổn định và không cần xử lý thêm. Khâu then chốt nhất của lò đốt plasma là đầu đốt plasma. Một lò đốt plasma cần có 6 đầu đốt plasma.
3. Luận cứ năng lực tổ chức thực hiện
GS, VS Nguyễn Quốc Sỹ là chuyên gia đầu ngành trong lĩnh vực plasma, đã nhiều năm tham gia chỉ đạo triển khai phát triển “Dự án khí hoá plasma rác thải” tại Nga, đã có tích luỹ tốt kinh nghiệm và kiến thức trong lĩnh vực này.
Viện Vật lý Điện và Năng lượng Điện thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga (IEE RAS), và Đại học Năng lượng Quốc gia Moscow và một số viện trường khác thuộc Liên bang Nga là những đơn vị nghiên cứu hàng đầu thế giới trong lĩnh vực plasma khí hoá.
Viện Công nghệ cao Vin Hi-Tech đang có quan hệ hợp tác tốt với các viện trường nói trên, do đó khả năng phối hợp nghiên cứu và tiếp nhận chuyển giao công nghệ trong lĩnh vực công nghệ cao này là rất lớn.
Vì vậy, công nghệ này tương đối trưởng thành, xác suất thành công cao.
4. Mục tiêu
- Nghiên cứu quá trình khí hoá plasma để ứng dụng trong xử lý rác thải sinh hoạt;
- Xây dựng năng lực thiết kế, chế tạo, thử nghiệm đầu đốt plasma khí hoá công suất 500 kW sử dụng trong công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt;
- Làm chủ được công nghệ chế tạo đầu đốt plasma khí hoá;
- Xây dựng đầu đốt plasma khí hoá công suất 500kW sử dụng trong công nghệ xử lý rác thải sinh hoạt;
- Xây dựng năng lực thiết kế lò plasma khí hoá công suất 100-130 t/ngày;
- Chế tạo lò plasma khí hoá công suất 100-130 t/ngày.
5. Những nội dung KH&CN cần giải quyết
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết công nghệ khí hoá plasma;
- Nghiên cứu thiết kế đầu đốt plasma công suất 500kW;
- Chế tạo đầu đốt plasma công suất 500kW;
- Xây dựng bệ thử đầu đốt plasma;
- Tiến hành thừ nghiệm, đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật đầu đốt plasma khí hoá;
- Nghiên cứu thiết kế lò đốt khí hoá plasma công suất 100-130 t/ngày;
- Chế tạo lò đốt khí hoá plasma công suất 100-130 t/ngày;
- Hoàn thiện công nghệ chế tạo đầu đốt khí hoá plasma;
- Tiếp tục chế tạo trọn bộ 6 đầu đốt plasma khí hoá;
- Chạy thử lò đốt khí hoá plasma công suất 100-130 t/ngày;
- Thử nghiệm đầu đốt plasma công suất 500 kW, điện AC, 3 pha 10kV, tuổi thọ 2.000h;
- Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm lò hóa khí plasma khí hoá quy mô công nghiệp 100-130t/ngày;
- Xây dựng quy trình công nghệ vận hành đầu đốt plasma và lò đốt plasma.
6. Dự kiến sản phẩm tạo ra
Sản phẩm tạo ra bao gồm:
– Báo cáo tổng quan cơ sở lý thuyết công nghệ khí hoá plasma và phân tích thông tin sáng chế công nghệ khí hoá plasma;
– Bản vẽ thiết kế đầu đốt plasma công suất 500 kW, điện AC, 3 pha 10kV, tuổi thọ 500h;
– 01 đầu đốt plasma công suất 500 kW, điện AC, 3 pha 10kV, tuổi thọ 500h;
– Báo cáo kết quả thử nghiệm đầu đốt plasma.
– Báo cáo tổng quan lò đốt khí hoá plasma và phân tích thông tin sáng chế lò đốt khí hoá plasma ;
– Bản thiết kế lò đốt khí hoá plasma:
– 01 lò đốt khí hoá plasma công suất 100-130 t/ngày;
– Báo cáo kết quả thử nghiệm lò đốt khí hoá plasma;
– Quy trình công nghệ vận hành đầu đốt plasma và lò đốt plasma.
– 02 đơn đăng ký sáng chế cho đầu đốt plasma công suất 500 kW, lò đốt khí hoá plasma công suất 100-130 t/ngày.
