Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong các nhà máy chế biến lương thực - thực phẩm

Biến đổi khí hậu và gia tăng dân số toàn cầu đang đặt ra những áp lực ngày càng lớn đối với ngành chế biến lương thực - thực phẩm, đặc biệt là trong vấn đề tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Điều này xuất phát từ thực tế rằng, đây là một ngành công nghiệp có độ phủ sóng rộng lớn và đóng vai trò quan trọng, ngay cả ở những nước công nghiệp phát triển song cũng là khu vực tiêu thụ nhiều năng lượng cho các hoạt động như bảo quản, chế biến, vệ sinh và vận chuyển.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã nghiên cứu và đề xuất 3 hướng giải pháp như sau: (1) Tối ưu hoá việc sử dụng các thiết bị hiện có trong sản xuất; (2) Đổi mới và nâng cấp trang thiết bị; (3) Đầu tư vào các nguồn cung ứng các-bon thấp.

1. Tối ưu hoá việc sử dụng các thiết bị hiện có trong sản xuất:

- Cải thiện hoạt động giám sát thông tin sản xuất theo thời gian thực và tiêu chuẩn hoá có thể giúp doanh nghiệp phát hiện những khu vực đã và đang tiềm ẩn nguy cơ gây thất thoát năng lượng, từ đó đưa ra biện pháp xử lý kịp thời để tối ưu hoá hiệu suất thiết bị và giảm thiểu lãng phí điện năng.

Cụ thể hơn, các nhà quản lý cần thiết lập nên một hệ thống công-tơ và điều khiển hợp lý. Việc nắm bắt được tình hình tiêu thụ năng lượng tổng thể trong nhà máy là điểm mấu chốt để tạo nên hiệu quả của công tác quan trọng này.

Ví dụ, với khoản đầu tư khoảng 8 nghìn euro cho thiết bị giám sát năng lượng, một công ty chế biến thực phẩm của châu Âu đã tiết kiệm được 377 MWh điện mỗi năm, giảm thiểu phát thải 460 tấn khí CO2, đem lại lợi tức lên đến 18,8 nghìn euro. Nói cách khác, chỉ sau 6 tháng lắp đặt, công ty này đã được hoàn vốn và hứa hẹn sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế - môi trường trong tương lai.

- Đảm bảo quy trình ngắt điện hiệu quả để giảm thiểu chi phí năng lượng: Đặc thù của ngành công nghiệp chế biến lương thực - thực phẩm là tính dây chuyền, điều đó đồng nghĩa với việc nhiều thiết bị vẫn vận hành ngay cả khi không xử lý bất kỳ sản phẩm nào. Tuy nhiên, việc bật tắt thường xuyên cũng tiêu tốn khá nhiều điện năng để làm nóng thiết bị trở lại và giảm hiệu suất của dây chuyền sản xuất, thậm chí còn gia tăng nguy cơ hỏng hóc của thiết bị. Giải pháp duy nhất cho vấn đề này là thiết lập các chế độ tự động chuyển sang trạng thái tiêu thụ ít năng lượng nhất có thể.

- Tối ưu hoá nhiệt độ và áp suất của các thiết bị: Các thiết bị khác nhau có nhiệt độ và áp suất hoạt động tối ưu không đồng nhất. Các tủ lạnh và tủ đông để bảo quản thực phẩm cần giữ nhiệt độ thấp và tránh xa các thiết bị có nhiệt độ vận hành cao, trong khi những thiết bị như lò sấy thực phẩm lại luôn toả ra một lượng nhiệt năng rất lớn.

Việc thiết lập một chế độ nhiệt độ - áp suất đồng nhất trong nhà máy sẽ gây lãng phí năng lượng và giảm hiệu suất hoạt động của nhiều thiết bị. Do đó, điều cần làm là phân chia rõ các khu vực thiết bị khác nhau, điều chỉnh nhiệt độ - áp suất cho từng khu vực, đồng thời tăng cường lớp cách nhiệt để đảm bảo rằng mỗi thiết bị luôn được vận hành trong môi trường tối ưu.

Ví dụ: Việc giảm áp suất của máy nén khí từ 830 kPa xuống còn 690 kPa vẫn đảm bảo hiệu suất nén khí song lại giúp tiết kiệm đến 10% năng lượng; Bổ sung thêm lớp cách nhiệt cho lò hơi với trị số R trong biên độ 0,22-2,51 sẽ đem lại hiệu quả giảm 75% lượng bức xạ nhiệ; Giữ nhiệt độ trong kho lạnh ở mức đề xuất trên bao bì sản phẩm cần bảo quản sẽ đem lại hiệu quả cao hơn so với lựa chọn thiết lập nhiệt ở mức thấp quá mức cần thiết.

Một số gợi ý khác bao gồm lắp điều hoà không khí cách xa nồi hơi công nghiệp và bộ tản nhiệt, lắp thêm tấm cách nhiệt mỏng, và thường xuyên kiểm tra rò rỉ qua cửa sổ, cửa ra vào và khe hở.

2. Đổi mới và nâng cấp trang thiết bị:

Đây là nhóm giải pháp đem lại tiềm năng cải thiện hiệu quả năng lượng lớn nhất, tuy nhiên lại đòi hỏi mức đầu tư tương đối lớn, chính vì vậy, trước khi bắt tay vào thực hiện, các doanh nghiệp cần nghiên cứu kĩ lưỡng để lựa chọn ra phương án đầu tư hợp lý nhất với điều kiện tài chính của mình.

- Phục hồi và tái sử dụng nhiệt thải: Với công nghệ này, nhiệt thải từ quá trình chế biến thực phẩm (dùng để sấy khô, nấu chín thực phẩm) sẽ được tích luỹ và tái sử dụng như một nguồn năng lượng để phục vụ đợt chế biến tiếp theo. Nhờ vậy, doanh nghiệp sẽ giảm thiểu đáng kể lượng nhiên liệu đầu vào, đồng thời còn góp phần hạn chế phát thải khí các-bon.

- Sử dụng các nguồn thay thế chi phí thấp để loại bỏ hơi nước: Phần lớn thực phẩm được sản xuất trong nhà máy cần loại bỏ tối đa lượng hơi nước dư thừa để tăng cường hiệu quả bảo quản. Tuy nhiên, việc sử dụng thuần tuý công nghệ xử lý nhiệt sẽ gây lãng phí không cần thiết. Thay vào đó, doanh nghiệp có thể sử dụng kết hợp một số công nghệ khác tiết kiệm hơn như máy lọc, máy ly tâm. Sử dụng nhiệt thải để thực hiện quy trình này cũng là một gợi ý hay để tăng cường hiệu suất và lợi nhuận. Một số máy bơm nhiệt hiện nay đã bắt đầu cung cấp tính năng này, đem lại thêm nhiều cơ hội cho doanh nghiệp.

- Cân nhắc các lựa chọn thay thế tiệt trùng: Một yêu cầu tối quan trọng trong ngành chế biến lương thực - thực phẩm là tính vệ sinh và thông thường, điều này được giải quyết bằng phương pháp tiệt trùng. Công nghệ này đã có lịch sử hơn 100 năm và đến nay vẫn còn giữ nguyên giá trị. Tuy vậy, những bước đột phá trong khoa học đã mở ra thêm nhiều cách thức khác để đảm bảo vệ sinh và bảo quản thực phẩm, trong khi tiêu thụ ít năng lượng để đun nóng và làm lạnh hơn, ví dụ như vi lọc, xử lý tia cực tím và siêu âm. Đây cũng là những giải pháp tối ưu cho một số nhóm thực phẩm có thành phần dinh dưỡng dễ phân huỷ khi gặp nhiệt độ cao và thay đổi đột ngột.

3. Đầu tư vào các nguồn cung năng lượng các-bon thấp:

Đây là nhóm giải pháp được biết đến nhiều nhất hiện nay, song những hạn chế về công nghệ và vốn chưa cho phép các doanh nghiệp triển khai rộng rãi. Các lựa chọn thường thấy bao gồm lắp đặt hệ thống pin mặt trời để cung cấp điện và đun nóng nước sơ bộ, tua-bin gió dùng cho hoạt động cung cấp năng lượng và làm mát, khí sinh học nhằm hỗ trợ giải quyết chất thải hữu cơ của quy trình sản xuất.

Hơn thế, một số doanh nghiệp còn có thêm lựa chọn ứng dụng công nghệ tiêu hoá kỵ khí và thu hồi khí biogas để giải quyết lượng nước thải khổng lồ tại các nhà máy chế biến sữa và sản xuất bia.

Anh Tuấn (Theo Leonardo Energy)