Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng một số vật liệu mới từ phế phụ phẩm mía đường và lúa để nâng cao giá trị gia tăng và phục vụ nông nghiệp bền vững
STNN - Theo Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), nông nghiệp toàn cầu tạo ra khoảng 140 tỷ tấn sinh khối mỗi năm. Khối lượng sinh khối này về năng lượng tương đương với khoảng 50 tỷ tấn dầu, có thể được chuyển đổi thành một lượng lớn năng lượng và nguyên liệu. Chất thải sinh khối nông nghiệp là nguồn nguyên liệu thô rất hấp dẫn đối với các ngành công nghiệp quy mô lớn và các doanh nghiệp.
Theo Nguyễn Đặng Anh Thi, tổng nguồn sinh khối nước ta vào khoảng 118,21 triệu tấn/năm, trong đó dư lượng từ lúa và mía chiếm vai trò chủ đạo, rơm rạ vào khoảng 40,8 triệu tấn, 8 triệu tấn trấu, bã mía và lá mía 15,6 triệu tấn, còn lại là trên 50 triệu tấn phế thải khác như vỏ cà phê, vỏ đậu, phế thải gỗ. Lượng phế thải khổng lồ trên đây nếu không được quản lý và sử dụng đúng mức sẽ trở thành nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), đất là nguồn lương thực toàn cầu. Khoảng 95% lương thực toàn cầu được sản xuất trên đất. Nếu chúng ta muốn đảm bảo an ninh lương thực và dinh dưỡng toàn cầu, thì điều quan trọng đầu tiên là phải nuôi dưỡng và bảo vệ đất. Quản lý đất bền vững là một ưu tiên tự nhiên đối với ngành nông nghiệp và lâm nghiệp. Đất cũng vô cùng quan trọng đối với hệ sinh thái như lọc nước và chu trình dinh dưỡng, điều hòa khí hậu và ngăn ngừa lũ lụt. Vì vậy, quản lý đất bền vững có tầm quan trọng quyết định đối với tất cả hệ thống sản xuất nông nghiệp như sản xuất lương thực, thực phẩm; nuôi trồng và đánh bắt thủy sản, bảo vệ môi trường và sức khỏe. Bên cạnh đó, theo các tài liệu của FAO, chất hữu cơ bổ sung trong đất có ảnh hƣởng quyết định đến tính chất hóa học, tính chất vật lý và độ phì tổng thể của đất. Chất hữu cơ quy định cấu trúc và độ xốp, tốc độ thấm nước và khả năng giữ ẩm của đất, sự đa dạng của các sinh vật đất và hoạt động của chúng, cũng như lượng dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Do vậy, việc quay vòng các vật liệu hữu cơ nhằm làm tăng độ phì của đất và dinh dưỡng, năng suất cây trồng là rất quan trọng.
Xuất phát từ thực tiễn trên, Cơ quan chủ trì Viện Di truyền Nông nghiệp cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài GS. TS. Đỗ Năng Vịnh thực hiện “Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng một số vật liệu mới (chất hấp thụ, hạt cải tạo đất và vải địa kỹ thuật) từ phế phụ phẩm mía đường và lúa để nâng cao giá trị gia tăng và phục vụ nông nghiệp bền vững” với mục tiêu sinh khối 2 loại cây trồng có quy mô sản xuất lớn nhất, tập trung nhất ở nước ta và trên thế giới; xác định tiềm năng sinh khối và dư lượng sinh khối và khả năng chuyển hóa sinh khối thành các vật liệu mới như hạt/ sợi carbon hoạt tính, phân bón hữu cơ vi sinh và vải địa kỹ thuật sinh học. Mục tiêu cuối cùng cần đạt đến là từng bước xây dựng công nghiệp sinh khối ở nước ta.
Những nghiên cứu cơ bản về giống mía, giống lúa, những tiến bộ về giống và tiềm năng sinh khối của 2 cây này đã cho thấy năng suất bình quân ở các giống lúa đạt trên 12,7 tấn/ha/năm. Trong đó các giống mới công nhận và chọn tạo có năng suất thóc và rơm rạ đều đạt cao hơn so với các giống cũ. Tỷ lệ rơm rạ/thóc bình quân ở các giống bằng 1,1. Năng suất rơm rạ trên mỗi ha lúa bình quân vào khoảng 13,97 tấn/ha/năm. Tỷ lệ trấu trung bình/thóc ở các giống nghiên cứu đạt 20,06%, trong đó các giống lúa Japonica có tỷ lệ trấu bình quân 19,94%, ở các giống Indica là 20,18%. Tỷ lệ cám/thóc bình quân ở các giống là 13,09%, trong đó tỷ lệ cám/thóc ở các giống Indica là 13,61%, ở các giống Japonica là 12,58%. Với sản lượng lúa trung bình 43,294 triệu tấn/năm trong 3 năm (2016 - 2018) ở nước ta, ước tính mỗi năm cả nước sản xuất khoảng 47,623 triệu tấn rơm rạ, 8,685 triệu tấn trấu và 5,667 triệu tấn cám. Tổng các loại phụ phẩm cây lúa (rơm rạ, trấu, cám) lên khoảng 62 triệu tấn năm. Tỷ lệ dư lượng sinh khối/sản lượng lúa vào khoảng 1,43. Đây là nguồn sinh khối khổng lồ để phát triển công nghiệp sinh khối ở nước ta. Theo kết quả phân tích của chúng tôi, tỷ lệ Nitơ trong rơm rạ là 0,84%, trong 1 tấn rơm có thể chứa tới 8,4 kg Nitơ; Theo Bộ NN và PTNT, nước ta đốt đến 40 triệu tấn rơm ra, đồng nghĩa với tiêu hủy 336.000 tấn Nitơ (tương đương với khoảng 730.000 tấn phân Ure (Kết quả nghiên cứu của Dobermann and Fairhurst (2002) cũng cho thấy 1 tấn rơm rạ khô có chứa 5-8 kg N). Ngoài ra, việc đốt rơm rạ tạo ra một lượng khí thải nhà kính rất lớn.
Nghiên cứu đã được tiến hành trên 30 giống mía từ bộ sưu tập mía tại Công ty cổ phần Mía Đường Lam Sơn (LASUCO), tỉnh Thanh Hóa và 7 giống mía thương mại được tuyển chọn chọn tốt nhất và đã được phục tráng bằng cấy mô nhằm đánh giá năng suất và tiềm năng sinh khối của cây mía, từ đó đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả của ngành mía đường. Năng suất trung bình của 7 giống mía tuyển chọn trong vụ mía tơ 2017-2018 đạt 113,33 tấn/ha và 6 trong số 7 giống đã đạt năng suất trên 100 tấn/ha. Năng suất trung bình của các giống mía vụ mía gốc I đạt 121,46 tấn/ha. Tỷ lệ khối lượng ngọn mía/khối lượng thân cây (mía ép) đạt trung bình 23%. Tỷ lệ trung bình của các loại dư lượng trên tổng sản lượng mía ép trong 3 vụ mía từ 2016 đến 2019 tại LASUCO: Bã mía 27,01%, Bùn bã 1,26%, tro lò 1,42% và mật rỉ 4,13%. Dựa trên kết quả nghiên cứu, LASUCO đã xây dựng kế hoạch sản xuất mía có năng suất cao với sản lượng 1,0 triệu tấn mía mỗi năm trên diện tích khoảng 10.000 ha. Từ 1,0 triệu tấn mía ép, dự kiến có thể thu được khoảng 100.000 tấn đường (10% đường), 230.000 tấn ngọn mía tươi khi thu hoạch, 270.000 tấn bã mía, 12.600 tấn bùn bã, 41.300 tấn mật rỉ và 14,5 tấn tro lò (nếu đốt toàn bộ để sản xuất điện). Với sản lượng mía trung bình 14,98 triệu tấn năm, cả nước có khoảng 8,2 triệu tấn dư lượng sinh khối, gồm 3,4 triệu tấn ngọn mía, 4,0 triệu tấn bã mía, 0,19 triệu tấn bùn bã, 0,62 tấn triệu tấn mật rỉ và khoảng 0,21 triệu tấn tro lò (nếu đốt tất cả bã mía để sản xuất điện). Giải pháp tối ưu để sản xuất mía có giá trị gia tăng cao và bền vững là áp dụng các giống mía mới năng suất cao; hệ thống sản xuất giống sạch bệnh từ cấy mô và canh tác tiên tiến kết hợp với ứng dụng các công nghệ chế biến sinh khối ở quy mô công nghiệp.
Đề tài này góp phần làm sáng tỏ các vấn đề thực tiễn và lý luận, phương pháp và giải pháp khoa học cho một số vấn đề thực tiễn sau:
- Sinh khối cây trồng: Tiềm năng và những hệ lụy môi trường của dư lượng sinh khối.
- Sản xuất các sản phẩm mới để quay vòng phế thải trở lại môi trường sống xanh một cách thiết thực, tích cực và hiệu quả.
- Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả của ngành mía đường và sản xuất lúa gạo, đồng thời khai thác được ưu thế của cây mía – một cây C4 kỳ diệu nhất và cây lúa với quy mô sản xuất lớn nhất ở nước ta, nhằm tăng thu nhập cho nông dân và doanh nghiệp ngành mía đường, sản xuất lúa gạo và ngành rau quả - một lợi thế lớn về xuất khẩu của nước ta
Đề tài đã xác định và khẳng định bằng thực nghiệm năng suất, tiềm năng dư lượng sinh khối của nông nghiệp nước ta nói chung và tại tỉnh Thanh Hóa; từ đó giúp định hình và định hướng công nghệ chế biến dựa trên căn cứ khoa học và thực tiễn. Cụ thể:
- Các giống lúa trong tập đoàn giống và các giống phổ biến hiện nay ở khu vực phía Bắc nước ta đã được nghiên cứu. Năng suất lúa bình quân ở các giống nghiên cứu đạt trên 12,9 tấn/ha/năm. Tỷ lệ rơm rạ/thóc bình quân ở các giống nghiên cứu 2 vụ (xuân và mùa) đạt 1,1. Năng suất rơm trên mỗi ha lúa bình quân vào khoảng 14,2 tấn/ha/năm. Tỷ lệ trấu trung bình/ thóc ở tất cả các giống đạt 19,84%. Tỷ lệ cám/ thóc bình quân ở tất cả các giống nghiên cứu là 12,56%. Sản xuất lúa trung bình trong 3 năm (2016-2018) ở nước ta vào khoảng trên 43 triệu tấn/năm, ước tính mỗi năm cả nước sản xuất bình quân khoảng 47 triệu tấn rơm rạ, 8,7 triệu tấn trấu và khoảng 5,5 triệu tấn cám. Tổng các loại phụ phẩm cây lúa (rơm rạ, trấu, cám) lên khoảng 61,7 triệu tấn.
- Đã tiến hành nghiên cứu trên 30 giống mía tại Công ty cổ phần mía đường Lam Sơn tỉnh Thanh Hóa và chọn ra 7 giống mía thương phẩm tốt nhất. Năng suất bình quân của các giống mía cải tiến được tuyển chọn 281 trong niên vụ 2017-2018 đạt 113,33 tấn/ha. Tỷ lệ trung bình giữa trọng lượng tươi của ngọn mía/ trọng lượng thân (mía ép) khi thu hoạch trung bình bằng 23%. Tỷ lệ bã mía, bùn bã, tro lò, mật rỉ/tổng lượng mía ép trong 3 vụ tại nhà máy đường LASUCO thu được là: Bã mía 27,01%, Bùn ép 1,26%, tro lò 1,42% và mật rỉ 4,13%. Sản lượng phế phụ phẩm các loại từ cây mía tại Thanh Hóa vào khoảng 225.000 tấn (bã mía, bùn bã, rỉ đường) và gần 160.000 tấn ngọn mía tươi. Sản lượng mía ép bình quân hàng năm của Việt Nam trong 4 năm qua là khoảng 14,98 triệu tấn, sản lượng phế phụ phẩm ước tính: ngọn mía tươi 3,4 triệu tấn, bã mía 4,0 triệu tấn, 0,19 triệu tấn bùn ép, 0,62 triệu tấn rỉ đường và khoảng 0,21 triệu tấn tro xỉ nếu đốt hết bã mía để sản xuất điện.
Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18244/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
Theo vista.gov.vn