Hệ thống do nhóm kỹ sư thuộc Công ty Cổ phần Môi trường Năng lượng Xanh Asian Việt Nam thiết kế và chế tạo có khả năng xử lý rác không cần phân loại tại nguồn. Nhóm nghiên cứu đã đăng ký bản quyền sáng chế, được Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ ra quyết định chấp nhận đơn ngày 04/4/2025.
Hệ thống gồm sáu phần chính: tiếp nhận và tiền xử lý rác; lò nhiệt hóa rác; xử lý khí thu hồi khí đốt và dầu sinh học; thu hồi than sinh học; xử lý nước thải tuần hoàn và cụm điều khiển tự động. Lò vận hành theo nguyên lý nhiệt hóa phân hủy chất thải ở nhiệt độ thấp, dưới 3000C, kết hợp xúc tác đặc biệt do nhóm chế tạo, giúp chất thải phân rã thành dầu sinh học, khí đốt và than sinh học. Những nguồn năng lượng này có thể tái sử dụng trong công nghiệp như phát điện, đốt lò hoặc cung cấp cho các nhà máy sử dụng nhiệt.
Hệ thống xử lý rác do nhóm nghiên cứu phát triển. Ảnh: Lộc Chung
Kỹ sư Bùi Quốc Dung, Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, toàn bộ quy trình xử lý kéo dài khoảng từ 3 đến 4 giờ, bao gồm các công đoạn phân rã, nhiệt hóa và tách riêng các sản phẩm đầu ra. "Toàn bộ khí đốt sinh ra trong quá trình xử lý đều được thu hồi, quay trở lại cung cấp cho hệ thống. Phần dư được chuyển vào lưu trữ", ông nói, thêm rằng năng lượng đầu ra đủ tự phục vụ toàn bộ quy trình xử lý rác, điện lưới chỉ dùng cho thiết bị chiếu sáng và các thiết bị phụ trợ. Nước rỉ rác, bùn và bã thải cũng được đưa ngược lại vào lò để tiếp tục xử lý, đảm bảo không phát thải ra môi trường.
Hệ thống được thiết kế theo module với dải công suất từ 60 đến 160 tấn/ngày đêm. Quy mô này cần diện tích lắp đặt hệ thống lò khoảng 400-500 m², phù hợp cả với khu vực thành thị, nông thôn hay ngay tại các bãi chôn lấp rác hoặc các bãi rác cũ cần hoàn nguyên. Mỗi hệ thống cần 3-4 người vận hành và không yêu cầu nhân lực trình độ cao. Tất cả quá trình vận hành được điều khiển và giám sát hoàn toàn tự động thông qua mạng nội bộ, theo dõi liên tục các thông số về áp suất, nhiệt độ và luồng di chuyển của rác, khí, chất lỏng và than.
Cách vận hành hệ thống xử lý rác bằng công nghệ nhiệt phân. Video: Lộc Chung
Ông Bùi Quốc Dung kể, nhóm gồm 4 kỹ sư bắt đầu triển khai hệ thống vào cuối năm 2023, sau hơn 10 năm ấp ủ ý tưởng tìm hiểu về các công nghệ về môi trường năng lượng. Ban đầu Công ty đã đi theo ý kiến tư vấn của một đơn vị về công nghệ xử lý rác được cấp bằng sáng chế tại Mỹ. Thế nhưng hệ thống không kiểm soát được đường đi của rác, than và khí. Lý do rác của Việt Nam không phân loại tại nguồn, nên quá trình chạy hệ thống này bị tắc sau ba ngày vận hành. Tiếp sau đó, cơn bão Yagi ập đến, phá tan dây chuyền đang thử nghiệm tại nhà máy xử lý rác ở Yên Dũng, Bắc Giang.
"Thất bại nhưng chúng tôi quyết tâm làm lại từ đầu", ông Dung nói. Với vốn kiến thức về thủy động lực học và kinh nghiệm quản lý kỹ thuật trên 30 năm, ông cũng mày mò tìm hiểu về các công nghệ: nhiệt động học và truyền nhiệt; cơ khí chế tạo và thiết kế thiết bị. Ba người còn lại với chuyên môn về lọc hóa dầu, hóa lý và phân tích hóa học, sức bền vật liệu, kỹ thuật môi trường, điện - tự động hóa cùng và kinh tế kỹ thuật - định giá - phân tích đầu tư "ăn ngủ" ở nhà máy rác hơn một năm. Tất cả cùng làm, thực hiện hàng trăm thí nghiệm để điều chỉnh nhiệt độ, luyện chất xúc tác... để chọn thông số phù hợp.
"Thiết kế hệ thống thứ hai xong, đống sắt vụn cũng to không kém dây chuyền xử lý rác", ông kể. Đến hệ thống thứ ba, rác đưa vào xử lý, máy vận hành chạy êm, nhiệt độ chỉ tầm 260 độ C. "Nhìn thấy đầu ra là dầu, than sinh học, khí đốt, anh em ôm nhau hò hét. Tôi im lặng vì biết đã thành công!", KS Dung xúc động, thêm rằng thay vì làm theo công nghệ được tư vấn từ đầu, nhóm đi ngược từ thực tiễn, vừa làm vừa mò, điều chỉnh từng chút, khi thành công mới hệ thống hóa lại quy trình và nguyên lý.
KS Bùi Quốc Dung đốt thử nghiệm dầu nhiệt phân từ hệ thống. Ảnh: Lộc Chung
Ông Lê Nam Thắng, kỹ sư hóa dầu - thành viên nhóm cho biết trong rác có nhiệt lượng nhưng mật độ năng lượng thấp. Mục tiêu của nghiên cứu phải tìm cách để chuyển hóa làm tăng nhiệt lượng bằng nhiệt độ kết hợp chất xúc tác. "Bằng kinh nghiệm gần 30 năm làm việc tại nhà máy lọc hóa dầu, kết hợp hàng trăm thí nghiệm chúng tôi đã tìm ra điểm nhiệt độ, chất xúc tác để chuyển hóa rác thành năng lượng có ích", ông Thắng nói. Khó nhất trong quá trình chế tạo hệ thống là bài toán nhiệt trị để không phát thải carbon tự nhiên ra môi trường. Hiện nhóm đã làm chủ công nghệ, có thể chủ động điều chỉnh đầu ra ưu tiên lấy khí đốt, than hay dầu với các tỷ lệ khác nhau.
Theo KS Thắng, nếu có kinh phí, giai đoạn 2 nhóm sẽ nghiên cứu tiếp để nâng cao tối ưu hóa chất lượng sản phẩm đầu ra để tăng hiệu quả công nghệ. Tuy nhiên đây là mục tiêu trong tương lai, ông nói, trước mắt ưu tiên tối ưu xử lý rác, đảm bảo không phát thải gây ô nhiễm môi trường.
Ông Phạm Quốc Hùng kỹ sư Bách khoa - thành viên của nhóm cho biết, với nhà máy hiện nay nhóm đang điều hành hệ thống đủ gas tái cấp cho vận hành hệ thống, năng lượng còn lại chuyển hóa thành dầu và than sinh học (thuận tiện cho việc lưu trữ). Nhóm sắp hoàn thiện tiếp dây chuyền thứ hai, công suất khoảng 80 tấn rác thải sinh hoạt/ngày đêm.
Ông Hùng nói thêm, hệ thống có thể thiết kế chế tạo linh hoạt theo quy mô địa phương, từ vài chục tấn đến hàng trăm tấn một ngày. Đây là giải pháp phù hợp cho các đô thị nhỏ, huyện vùng sâu vùng xa, các khu công nghiệp tập trung; trang trại nông nghiệp tuần hoàn; các tỉnh và thành phố lớn đầu tư quy mô lớn để hoàn nguyên cho bãi chôn lấp rác. "Chúng tôi tin rằng rác không còn là gánh nặng mà là tài nguyên, nếu chúng ta xử lý nó một cách thông minh", ông Hùng nói.
Ông Nguyễn Xuân Nguyên - Kỹ sư tự động hóa, thành viên của nhóm cho biết: Hệ thống tự động hóa - điện - điều khiển trong dây chuyền xử lý đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo quá trình phân hủy nhiệt diễn ra chính xác, ổn định và an toàn. Đây là mảng tích hợp giữa điều khiển logic công nghiệp và cơ chế phản ứng phân hủy nhiệt, nhằm duy trì các thông số vận hành như nhiệt độ, áp suất, tốc độ cấp liệu... trong giới hạn tối ưu. Việc tự động hóa không chỉ giúp nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm (dầu, khí, than sinh học) mà còn giảm phụ thuộc vào con người và tạo nền tảng phát triển hệ thống không phát thải ở quy mô công nghiệp.
Toàn bộ công nghệ được nhóm nghiên cứu làm chủ, có thể chế tạo hoàn toàn trong nước, giúp giảm chi phí đầu tư, chỉ khoảng 30% so với nhà máy điện rác hiện nay. Theo KS Phạm Quốc Hùng, nhóm sẵn sàng chế tạo thiết bị cung cấp và chuyển giao công nghệ cho các địa phương cả nước để xử lý vấn nạn rác thải. Với đơn giá xử lý rác hiện tại như phí xử lý rác thải sinh hoạt tại Hà Nội hoặc TP HCM, hệ thống này có thể hoàn vốn sau khoảng 4-5 năm, thậm chí rút ngắn xuống còn 3,5 năm nếu kỹ năng vận hành tốt và đều.