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

Ngành rau quả chiếm vị trí thứ nhất trong tổng giá trị xuất khẩu nông sản toàn cầu. Tổng thị trường xuất khẩu nông sản toàn cầu năm 2017 đạt 1145 tỷ USD, trong đó giá trị xuất khẩu rau quả đạt 266 tỷ USD, chiếm 23,2% tổng giá trị thị trường. Ở EU, rau quả chiếm 18% tổng giá trị sản xuất nông nghiệp nhưng chỉ sử dụng 3% diện tích đất canh tác. Sản lượng rau và hoa ở Hà Lan chỉ chiếm 7% diện tích đất canh tác, nhưng lại chiếm tới 39% tổng thu nhập của sản xuất nông nghiệp. Năm 2019, Hà Lan xuất khẩu hàng hóa nông nghiệp trị giá 94,5 tỷ euro. Các ngành xuất khẩu có lợi nhuận cao nhất của Hà Lan là rau quả và hoa. Xuất khẩu nông sản của Hà Lan đứng thứ 2 trên thế giới, chỉ sau Mỹ, trong khi diện tích đất và dân số của Hà Lan chỉ bằng các tỉnh đồng bằng sông Hồng của Việt Nam. Giá trị xuất khẩu rau quả và trái cây của Việt Nam đạt 1,85 tỷ đô la Mỹ năm 2015, 2,4 tỷ đô la Mỹ năm 2016, chiếm 4,2% thị trường xuất khẩu trái cây thế giới. Năm 2017, kim ngạch xuất khẩu trái cây của Việt Nam đã tăng vọt lên 3,514 tỷ USD, đứng thứ bảy về xuất khẩu trái cây hàng đầu thế giới. Xuất khẩu rau quả là một lợi thế lớn của nước ta với nhu cầu ngày càng nhiều phân bón và giá thể hữu cơ chất lượng cao. Việc ưu tiên đánh giá tiềm năng vật liệu hữu cơ (từ cây lúa, cây mía và các nguồn khác) là rất quan trọng trong định hướng chiến lược quốc gia về công nghiệp chế biến sinh khối thành phân bón và giá thể.

Nhằm xây dựng được cơ sở khoa học và công nghệ chế biến các loại phế phụ phẩm nông nghiệp (bã mía/ rơm rạ) ở Thanh Hóa thành các loại vật liệu hữu cơ có giá trị cao đối với nông nghiệp bền vững và môi trường xanh, nhóm nghiên cứu Viện di truyền nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam do GS. TS. Đỗ Năng Vịnh đứng đầu đã đề xuất thực hiện đề tài: “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”.

Trong khuôn khổ đề tài này, các sản phẩm quan trọng được lựa chọn để nghiên cứu sản xuất sẽ là các vật liệu mới như các hạt hữu cơ phân bón giúp bảo vệ và tăng độ phì của đất nông lâm nghiệp; các loại sợi hữu cơ, các loại vải địa kỹ thuật giúp chống xói mòn, rửa trôi đất; các hạt hoạt tính giúp lọc nước thải; màng phủ nông nghiệp tự hủy giúp chống cỏ dại và làm tơi xốp đất và chống côn trùng gây hại, v.v… phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. Đây là các sản phẩm mới, có khả năng cạnh tranh và có giá trị ứng dụng cao, và có ý nghĩa lớn đối với mục tiêu và chiến lược sản xuất nông nghiệp tái tạo và bền vững ở nước ta.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được một số kết quả như sau:

1. 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.

2. Đề tài đã hoàn thành và hoàn thành vượt mức các nội dung nghiên cứu trong nước (có sự phối hợp nghiên cứu với các đối tác CHLB Đức)

- 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.

- Đề tài đã xây dựng thành công các công thức phối trộn phế phụ phẩm từ cây mía, cây lúa với các loại dư lượng hữu cơ khác như phân gia súc, gia cầm, than bùn, mùn cưa, sử dụng các chủng vi sinh hữu ích để chế biến hạt phân bón hữu cơ vi sinh.

- Đề tài đã xây dựng thành công quy trình công nghệ sản xuất hạt hữu cơ phân bón vi sinh. Quy trình công nghệ ổn định, hiệu suất toàn bộ chấp nhận được. Quy trình đã được công nhận cấp cơ sở. Quy trình đã được ứng dụng phù hợp với điều kiện sản xuất tại Công ty Phân bón Lam Sơn, với quy mô sản xuất thử đạt 490 tấn.

- Đã xây dựng thành công mô hình mía 9 ha mía và 3,64 ha rau quả ứng dụng hạt hữu cơ phân bón vi sinh. Các mô hình sản xuất mía và sản xuất rau quả tiết kiệm chi phí mua giá thể đắt tiền từ bên ngoài, đồng thời tăng năng suất, tăng lợi nhuận cho các HTX và Công ty tại Thanh Hóa. Quy trình và sản phẩm đã được ứng dụng thành công tại Công ty Phân bón Lam Sơn, Trung tâm Nông nghiệp Công nghệ cao, Công ty Mía Đường Lam Sơn, Công ty Lam Sơn-Sao vàng và các HTX tại khu vực Thanh Hóa.

- Đã xây dựng thành công quy trình sản xuất màng/hạt lọc nước (adsorbents). Quy trình đã được công nhận cấp cơ sở. Sản phẩm chính: than hoạt tính dạng viên nén, đạt yêu cầu chất lượng làm hạt lọc nước và xử l môi trường.

- Đã nghiên cứu sản xuất, đánh giá, phân tích đặc tính của các loại sợi từ rơm và bã mía; từ đó đã sử dụng sợi trong sản xuất hạt hấp phụ và đề xuất sử dụng sợi vào các mục đích khác nhau.

3. Đề tài đã khai thác hiệu quả HTQT với viện nghiên cứu và 2 doanh nghiệp CHLB Đức với các kết quả nổi bật

- Đã thực hiện nghiên cứu cơ bản về vật liệu sinh khối 2 cây lúa và mía: thành phần hữu cơ, vô cơ, giá trị dinh dưỡng (N, P, K, nguyên tố đa lượng và vi lượng) và giá trị công nghiệp và môi trường của vật liệu.

-  Đã phối hợp với đối tác CHLB Đức xây dựng và tiếp thu thành công quy trình tích hợp chế biến sinh khối trong một chuỗi thiết bị và công nghệ sản xuất liên hoàn, cùng lúc tạo ra các loại sản phẩm mới (chất hấp phụ và cải tạo đất; than hoạt tính và vải địa sinh học).

Quy trình gồm các bước chính sau:

Xử l và phân loại vật liệu (loại sợi dài tách riêng dùng sản xuất vải địa sinh học, loại ngắn hơn chế tạo các loại hạt hữu cơ) → Sơ chế cơ học và hóa học → tạo viên n n hữu cơ (Pellete) → Than hóa - Carbonization (chất hấp phụ và cải tạo đất - Adsorbents and Soil improvers) → Hoạt hóa bằng hóa chất, khí CO2 và hơi nước → Than Hoạt tính (Activated Carbon).

Năm loại sản phẩm có thể được sản xuất trong một quy trình tích hợp gồm:

Viên nén, hạt hấp phụ, hạt cải tạo đất, than hoạt tính và vải địa sinh học (Thảm phủ đất). Quy trình đã được thực hiện tại Đức từ các nguyên liệu sinh khối từ Việt Nam. Quy trình và vật liệu đã được chuyển giao và hỗ trợ thực nghiệm tại Việt Nam.

-  Đã thực tập và tiếp thu được quy trình sản xuất vải địa kỹ thuật từ phế phụ phẩm gửi từ Việt Nam (rơm rạ và bã mía) và đã thử nghiệm cho kết quả tốt ở Freiberg, CHLB Đức và tại khu đồi đất đá dốc khoảng 55 độ tại Lam Sơn, Thanh Hóa. Quy trình do phía Đức xây dựng và chuyển giao; đạt tiêu chuẩn của CHLB Đức. Quy trình sản xuất vải địa kỹ thuật đã được công nhận cấp cơ sở.

-  Đã đào tạo 7 kỹ sư cho LASUCO, Thanh Hóa và các chuyên gia Việt Nam về các quy trình nghiên cứu phân tích nguyên liệu, phân tích và đánh giá sản phẩm và công nghệ sản xuất.

- Đã tiếp nhận 707 kg sản phẩm chế biến từ CHLB Đức và đã thử nghiệm đạt kết quả tốt tại Lam Sơn, Thanh Hóa.

Nhóm đề tài đề nghị được tiếp tục hỗ trợ mở rộng phạm vi nghiên cứu và ứng dụng của đề tài. Nhà nước cần sớm xây dựng chiến lược phát triển mía đường trong tình hình mới, ưu tiên cây mía như một cây trồng sinh khối chiến lược và tập trung vào các giải pháp như thu gọn diện tích mía và chỉ quy hoạch sản xuất mía ở các vùng lợi thế và có thể đạt năng suất cao; xây dựng chiến lược phát triển công nghiệp sinh khối dựa trên các thành tựu mới nhất đã và đang phát triển rất nhanh trên thế giới về giống, canh tác và công nghệ chế biến sinh khối, đặc biệt là cuộc cách mạng công nghệ vi sinh và enzym để tạo ra đột phá ngành mía đường; trước mắt ưu tiên chuyển giao công nghệ sản xuất giá thể và phân bón hữu cơ vi sinh từ phụ phẩm nhà máy và công nghệ ủ lên men tiên tiến cho lá ngọn mía phục vụ công nghiệp rau quả xuất khẩu và sản xuất sữa thịt và gia súc. Đồng thời, cần nghiên cứu xây dựng các tổ hợp công nghiệp sản xuất lúa gạo và chế biến sinh khối theo định hướng nông nghiệp tuần hoàn, sinh thái bền vững và sản phẩm tinh hoa. Giá trị kinh tế của phế phụ phẩm chắc chắn có thể cao hơn giá thị thương mại của thóc gạo.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18244/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)