Với sản lượng bình quân hơn 7 triệu tấn/năm, Việt Nam đang là quốc gia đứng thứ ba trên thế giới về xuất khẩu gạo. Do vậy, việc nghiên cứu khai thác, sử dụng trấu - nguồn phụ phẩm từ quá trình sản xuất lúa gạo - không chỉ là giải pháp thông minh, mà còn là cơ hội để tạo ra nguồn năng lượng khí đốt bền vững.
Trấu, nguồn phụ phẩm cực lớn từ ngành sản xuất lúa gạo
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, năm 2023, sản lượng lúa của Việt Nam có xu hướng tăng nhẹ, đạt 43,5 triệu tấn, với năng suất đạt 61 tạ/ha (tăng 1,7% so với năm 2022). Với sản lượng này, Việt Nam không chỉ đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ trong nước (làm lương thực, thức ăn chăn nuôi) mà còn đáp ứng tốt yêu cầu xuất khẩu gạo.
Năng suất và sản lượng lúa Việt Nam, giai đoạn 2013-2023. (Nguồn: Tổng hợp từ Tổng cục Thống kê và Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn)
Đây cũng là một năm thành công của Việt Nam, khi xuất khẩu gạo đạt hơn 8,1 triệu tấn, thu về kim ngạch 4,67 tỷ USD (tăng 14,4% về lượng xuất khẩu và tăng 35,3% về kim ngạch so với năm 2022). Kết quả này cũng giúp Việt Nam giữ vững vị trí là nước xuất khẩu gạo lớn thứ ba thế giới, sau Ấn Độ (16,5 triệu tấn) và Thái Lan (8,2 triệu tấn).
Xuất khẩu gạo của Việt Nam giai đoạn 2013-2023 (Nguồn: Số liệu từ Tổng cục Hải quan)
Việc gia tăng sản lượng gạo cũng sẽ làm gia tăng phụ phẩm (như trấu) trong quá trình chế biến. Trung bình, vỏ trấu chiếm khoảng 20% trọng lượng hạt lúa. Do đó, ước tính lượng trấu phát sinh năm 2023 vào khoảng 8,7 triệu tấn. Theo một số nghiên cứu, thành phần của trấu chứa 25-33% cellulose, 18-21% hemicellulose và 25-31% lignin. Nếu có phương án sử dụng hiệu quả, nguồn phụ phẩm trấu sẽ mang lại nhiều giá trị hữu ích. Ngược lại, lượng phụ phẩm này sẽ là những chất thải nguy hại, gây ô nhiễm đất, nước và tăng khí thải CH4,...
Thành phần hạt lúa (A) và sản phẩm của quá trình chế biến hạt lúa (B). (Nguồn: sciencedirect.com)
Trước đây, trấu thường được thải bỏ hoặc đốt. Cùng với những tiến bộ KH&CN, giá trị của trấu đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm khai thác triệt để: người ta sử dụng trấu để làm nền cho các trang trại chăn nuôi gà thịt; làm nguồn năng lượng trong quá trình lên men phát triển vi sinh vật cho các ứng dụng nông-công nghiệp làm thức ăn chăn nuôi; sản xuất giấy; tạo sản phẩm nhựa composite polymer hoặc gỗ polymer để thay thế gỗ tự nhiên (kết hợp trấu nghiền với nhựa polymer). Trấu cũng được nghiên cứu để loại bỏ các loại thuốc nhuộm, chất ô nhiễm hữu cơ hoặc vô cơ khác nhau (như ion kim loại, phenol, thuốc trừ sâu và các chất gây ô nhiễm trong khí quyển). Đặc biệt, trấu còn được sử dụng làm nguyên liệu cho máy khí hóa và nồi hơi để tạo nhiệt, điện thông qua công nghệ đồng phát điện. Các sản phẩm phụ của quá trình khí hóa trấu như tro trấu được sử dụng làm nguồn silicon có cấu trúc nano cho cực dương pin Li-ion, phân bón silic cho cây lúa và pin mặt trời.
Trấu (A) và ứng dụng của chúng (B). (Nguồn: sciencedirect.com)
Việc tận dụng triệt để phụ phẩm trấu mở ra cơ hội cho sự phát triển kinh tế mới, kinh tế bền vững và thân thiện với môi trường.
Nâng cao giá trị phụ phẩm trấu tại Việt Nam
Cùng với xu hướng khai thác, tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp, Việt Nam đã có khá nhiều nghiên cứu, giải pháp nhằm biến phụ phẩm trấu thành nhiều sản phẩm có giá trị. Một số điển hình theo hướng này, trong những năm gần đây, có thể kể đến như:
• Vật liệu xây dựng:
Vỏ trấu nghiền mịn có thể được trộn với các thành phần khác như mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia,… tạo ra các vật liệu nhẹ với đặc tính cách âm, cách nhiệt, không thấm nước và thân thiện với môi trường. Ví dụ như để tạo ra gỗ tổng hợp từ vỏ trấu, năm 2010, Viện Vật lý (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã sử phương pháp phân rã ở nhiệt độ hơn 200oC, áp suất cao cùng với keo và chất phụ gia, ép định hình tạo sản phẩm gỗ có khả năng chịu được nhiệt độ và nước cao, ứng dụng làm đồ nội thất hoặc có thể làm các kết cấu ngoài trời như mái nhà hay vách ngăn. Năm 2021, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã tạo ra vật liệu khối bê tông lắp ghép từ phụ phẩm rơm rạ, trấu giúp bảo vệ bờ sông, kênh rạch bị xói lở tại Đồng bằng sông Cửu Long. Năm 2022, các nhà khoa học tại Trường Đại học Giao thông vận tải, Tổng cục Đường bộ Việt Nam và Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu, sản xuất thành công hạt nano SiO2 từ tro trấu để ức chế ion Ce3+ tạo sơn lót epoxy có tính chất cơ lý tốt, khả năng chống ăn mòn cao giúp bảo vệ thép cacbon ứng dụng nhiều trong xây dựng. Năm 2023, Trường Đại học Mỏ - Địa chất tạo ra bê tông cường độ cao (độ chảy từ 25-30 cm, cường độ nén ở tuổi 28 ngày lớn hơn 50 MPa) sử dụng chất kết dính không xi măng từ các hỗn hợp tro bay, xỉ lò cao, thạch cao và tro trấu dùng trong xây dựng các công trình hạ tầng và giao thông khu vực ven biển và hải đảo,…
• Sản xuất chất hấp phụ kiểm soát môi trường:
Trong quá trình hướng tới phát triển bền vững, việc sử dụng một loại chất thải để kiểm soát ô nhiễm do chất thải khác gây ra có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện các vấn đề môi trường. Một số nghiên cứu đã chỉ ra vai trò của trấu trong việc hỗ trợ loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nước, gồm thuốc nhuộm, phenol, hợp chất hữu cơ, thuốc trừ sâu, anion vô cơ và kim loại nặng. Cụ thể, việc tạo ra chế phẩm siêu hấp thụ nước (Bio-SAP) của Viện Hóa học năm 2019, bằng phương pháp kiềm nóng xử lý sợi rơm, bột trấu thu được sợi cellulose kết hợp với một số vinyl monome. Chế phẩm ở dạng hạt mịn, có khả năng hút nước cao và dễ hoà tan trong nước, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do phế thải sản phẩm nông nghiệp gây ra. Năm 2020, Viện Vật liệu xây dựng đã tạo ra vật liệu lọc dạng hạt trên cơ sở kết hợp sử dụng diatomite và vỏ trấu để lọc nước sinh hoạt. Năm 2022, Trung tâm Phát triển Khoa học và Công nghệ Trẻ đã chế tạo xúc tác CuO biến tính CeO2 mang trên vật liệu được tổng hợp từ bùn đỏ và tro trấu bằng phương pháp tẩm có bổ sung tiền chất urea để xử lý benzene, toluene và xylene trong pha khí. Gần đây, năm 2023, Trường Đại học Cần Thơ cũng tổng hợp được vật liệu zeolite từ tính NaP/Fe3O4 có nguồn gốc từ tro trấu để hấp phụ ion Cu2+, Pb2+, NO3- và PO43- trong nước thải ao nuôi tôm, trước khi thải ra môi trường.
• Phục vụ sản xuất nông nghiệp:
Theo phương pháp truyền thống, phần lớn rơm rạ, trấu sau khi thu hoạch lúa gạo sẽ được xử lý bằng cách đốt, gây nên ô nhiễm không khí do khói, và tăng phát thải CO, CH4 và các chất hữu cơ khác. Việc bón thêm trấu vào đất cũng là một giải pháp phổ biến để cải thiện độ phì nhiêu và chống lại tác động bất lợi của hoạt động nông nghiệp kéo dài, nhưng có thể gia tăng phát thải khí CH4. Thay vào đó, đã có những nghiên cứu ứng dụng trấu vào sản xuất phân bón NPK, kết hợp silica từ tro trấu do Trung tâm Khoa học và Công nghệ Tây Ninh thực hiện (2020), bằng công nghệ ép hạt không nhiệt. Phân bón NPK-10% silica giúp cải tạo đất, nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, năng suất cây trồng, tăng cường khả năng chống chịu thời tiết và sâu bệnh của cây. Bằng cách sử dụng quá trình nhiệt phân (đốt trong buồng chứa có lượng oxy hạn chế), năm 2022, Trường Đại học Nông Lâm (Đại học Huế) đã chế tạo thành công thiết bị sản xuất than sinh học (biochar) từ phế phẩm nông nghiệp. Than sinh học từ trấu được tạo thành nhờ quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao nên khó bị phân hủy, có diện tích bề mặt lớn với nhiều lỗ rỗng, có khả năng hấp phụ mạnh và là môi trường sống cho nhiều loài vi sinh vật trong đất, giúp làm tăng độ pH cũng như khả năng trao đổi cation (CEC) và các chất dinh dưỡng.
Than sinh học (Nguồn: khoahoc.tv)
Từ vỏ trấu, các nhà nghiên cứu còn phân lập được các hoạt chất có khả năng ức chế thực vật xâm lấn (cỏ). Nghiên cứu được thực hiện năm 2019, bởi Khoa Công nghệ sinh học (Đại học Nguyễn Tất Thành) phối hợp cùng Phòng Công nghệ Phát triển, Trường Cao học Hợp tác và Phát triển Quốc tế (Đại học Hiroshima, Nhật Bản). Sử dụng phương pháp sắc kí cột, các nhà nghiên cứu đã phân lập được 4 hợp chất từ vỏ trấu: Momilactone A,B,E (MA,MB,ME) và 7-ketostigmasterol (7KS), dự kiến sẽ tập trung nghiên phát triển các loại thuốc diệt cỏ mới an toàn hơn thay thế các thuốc diệt cỏ hóa học trên thị trường.
Ngoài ra, trấu cũng được ứng dụng để sản xuất các loại chế phẩm sinh học, như nghiên cứu điều chế nano silica vô định hình từ vỏ trấu của Trường Đại học Khoa học Huế (2019) để xử lý nấm gây bệnh trên cây lúa. Cũng với cây lúa, Trường Đại học Cần Thơ (2022) đã nghiên cứu thành công chế phẩm sinh học sử dụng chất mang trấu và bột talc, giúp duy trì mật số vi khuẩn Serratia nematodiphila CT-78 trên 105 CFU/g, cũng như hiệu quả đối kháng với vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Oryzae gây bệnh cháy bìa lá lúa sau 24 tháng.
• Tạo năng lượng:
Với cấu trúc sợi cellulose ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật, dễ bảo quản, vỏ trấu đã được xử lý để giảm tính cồng kềnh, tạo ra các bánh trấu, viên trấu, củi trấu,… thay thế củi tự nhiên dùng trong sinh hoạt hay công nghiệp. Do bản thân vỏ trấu có chứa sẵn chất kết dính (lignin), nên khi ép ở nhiệt độ cao, tác dụng của nhiệt ma sát và nhiệt từ khuôn ép giúp tạo nên một khối kết dính chắc chắn, giúp củi trấu còn chắc hơn cả gỗ củi thông thường. Trấu còn được xay nhuyễn và nén với áp suất cao để tạo thành các viên trấu. Nhờ giá thành nhiên liệu trấu rẻ hơn so với nhiều loại chất đốt khác nên nhiều doanh nghiệp sản xuất đang sử dụng lò hơi có xu hướng chuyển sang dùng củi trấu, viên trấu để thay thế.
Củi trấu được sản xuất bằng công nghệ ép của Công ty CP Củi trấu Hòa Phú (Nguồn nld.com.vn)
Ở mức độ cao hơn nữa, để đảm bảo kiểm soát tốt quá trình phát thải CO do đốt trấu trực tiếp tạo năng lượng, vốn đang là vấn đề khá nan giải của các nhà chế tạo lò hơi hiện nay, một xu hướng khá hiệu quả, cho phép đẩy nhanh ứng dụng nhiên liệu sinh khối trong công nghiệp, là sử dụng các lò hóa khí. Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM là một minh chứng cho xu thế này. Các nhà khoa học nơi đây đã chế tạo thành công “Thiết bị sản xuất khí đốt từ trấu”, chuyển hóa trấu, một phụ phẩm nông nghiệp, thành nhiệt năng, điện năng với hiệu suất cao, tạo ra sản phẩm hứa hẹn giải quyết được lượng trấu thải rất lớn ở Việt Nam.
Sơ đồ tổng quát nguyên lý làm việc và ứng dụng sản phẩm khí hóa
Thiết bị sản xuất khí đốt từ trấu này có thể hoạt động liên tục, không cần dừng nghỉ để nạp liệu hay tháo tro. Chất lượng sản phẩm khí đốt tạo ra tương đương với công nghệ khí hóa trấu của các nước tiên tiến trên thế giới nhưng giá thành sản phẩm chỉ bằng một nửa so với sản phẩm nhập ngoại, nên hiện tại thiết bị đã được khai thác, ứng dụng ở nhiều nơi, từ các đơn vị sản xuất quy mô công nghiệp (như Xí nghiệp Xay xát và Chế biến lương thực số 1 - Công ty Lương thực Tiền Giang), cho đến các doanh nghiệp nông nghiệp, thậm chí là cả hộ gia đình. Thiết bị đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền sáng chế số 22289 (ngày 21/10/2019). Với những giá trị đem lại không chỉ về môi trường mà còn về kinh tế - xã hội, thiết bị sản xuất khí đốt từ trấu này vừa được tôn vinh trong số 8 sáng chế được thương mại hóa tại lễ trao giải “Giải thưởng sáng chế TP.HCM lần thứ VII”, vào ngày 15/1/2024, do Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM tổ chức.
************
Việc tận dụng phụ phẩm trấu từ quá trình sản xuất lúa gạo để tạo ra phân bón, vật liệu xây dựng, khí đốt,… không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường, mà còn mở ra triển vọng thay thế các loại nhiên liệu hóa thạch, góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm chất đốt ở vùng nông thôn, giảm nạn phá rừng, mang lại hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất và tăng sức cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
Vân Anh
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
[1] Hoàng Anh. Xuất khẩu gạo của Việt Nam năm 2023 đạt kỷ lục về cả lượng và kim ngạch. https://vietnambiz.vn/xuat-khau-gao-cua-viet-nam-nam-2023-dat-ky-luc-ve-ca-luong-va-kim-ngach-202411218335864.htm
[2] Thế Mạnh. 10 năm lên đỉnh của giá gạo xuất khẩu. https://vietstock.vn/2023/07/10-nam-len-dinh-cua-gia-gao-xuat-khau-118-1093088.htm
[3] Báo cáo lúa gạo (2022). Viện Chính sách và Chiến lược Phát triển Nông nghiệp Nông thôn. https://agro.gov.vn/images/files/Bao%20cao%20thuong%20nien%20lua%20gao%202022.pdf
[4] Khánh Trung. Nâng giá trị của rơm rạ gắn với giảm phát thải. https://baocantho.com.vn/nang-gia-tri-cua-rom-ra-gan-voi-giam-phat-thai-a162339.html#google_vignette
[5] Masoumeh Kordi, Naser Farrokhi, Martin I. Pech-Canul, Asadollah Ahmadikhah. Rice Husk at a Glance: From Agro-Industrial to Modern Applications. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630823000963
[6] Quỳnh Nga. Biến trấu thành năng lượng. https://congthuong.vn/bien-trau-thanh-nang-luong-83894.html
[7] Vũ Đỗ Dũng. Sử dụng củi trấu thay thế nhiên liệu truyền thống. https://evn.com.vn/d6/tknl-d/Su-dung-cui-trau-thay-the-nhien-lieu-truyen-thong-100-645-42747.aspx