Thiết bị ủ, sấy men vi sinh ứng dụng công nghệ năng lượng xanh

Ý tưởng từ nguồn năng lượng sạch

Được đánh giá là nguồn năng lượng tái tạo vô tận, hydro sở hữu ưu thế vượt trội nhờ không phát thải khí nhà kính. Khác với năng lượng hạt nhân vốn tiềm ẩn rủi ro phóng xạ, hydro mang lại giải pháp nhiên liệu xanh an toàn và thân thiện với môi trường. Bên cạnh đó, việc khai thác nguồn oxy từ nước cũng hứa hẹn mang lại giá trị ứng dụng cao cho cả sản xuất lẫn đời sống.

Vì vậy, việc ứng dụng các giải pháp công nghệ tách, sản xuất nguồn hydro và oxy từ nước để phát triển năng lượng mới, năng lượng xanh và triển khai ứng dụng trong sản xuất, đời sống là hết sức thiết thực, tiến đến phát triển xanh, bền vững, mang tính đột phá, sáng tạo.

Là đơn vị hoạt động trong lĩnh vực giáo dục đại học với các chuyên ngành kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm, công nghệ kỹ thuật năng lượng, Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ đã chủ động nghiên cứu tiếp cận công nghệ mới, năng lượng xanh để phát triển công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm đáp ứng tốt xu thế phát triển của đất nước trong quá trình hội nhập.

Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu gồm TS. Đoàn Thị Kiều Tiên, TS. Võ Minh Thiện, ThS. Hồ Việt Thống, ThS. Nguyễn Văn Hậu và PGS. TS. Huỳnh Thanh Nhã đã chủ động nghiên cứu xây dựng, áp dụng thành công mô hình thực hành ủ, sấy men vi sinh sử dụng công nghệ năng lượng xanh tại Phòng thí nghiệm Vi sinh thuộc Khoa Công nghệ sinh học - Công nghệ hóa học - Công nghệ thực phẩm (Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ) nhằm phục vụ thí nghiệm, giảng dạy và nghiên cứu khoa học cho sinh viên, học viên; đồng thời trang bị kiến thức kỹ thuật mới, ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo, nghiên cứu khoa học đáp ứng tốt nhu cầu thực tế.

Mô hình thực hành mang tính cập nhật kiến thức khoa học theo hướng hiện đại, đặc biệt phát triển công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm trên nền tảng ứng dụng năng lượng xanh, chuyển đổi hiệu quả năng lượng.

Thiết bị tập trung khai thác hỗn hợp khí oxy và hydro (HHO) được tạo ra thông qua quá trình điện phân nước để làm nguồn nhiên liệu đốt gia nhiệt. Lượng nhiệt sinh ra từ quá trình đốt cháy HHO được sử dụng làm nóng không khí trong buồng đốt, trước khi được quạt đối lưu cưỡng bức dẫn trực tiếp đến tủ ủ và sấy men vi sinh, đảm bảo cung cấp nhiệt độ ổn định và tối ưu cho quá trình sinh trưởng và bảo quản men vi sinh.

Phát triển ứng dụng công nghệ này không chỉ góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống, mà còn hướng đến tạo ra một quy trình sản xuất sạch hơn, thân thiện môi trường và thích ứng với biến đổi khí hậu. Ứng dụng này là nền tảng quan trọng để chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng năng lượng xanh cho nhiều ứng dụng, mở ra tiềm năng phát triển bền vững cho ngành công nghiệp sản xuất men vi sinh và các lĩnh vực liên quan.

Các ưu điểm chính của mô hình

Mô hình được triển khai dựa trên 3 nền tảng cốt lõi về chuyển đổi năng lượng, sử dụng năng lượng hiệu quả, số hóa trong quản lý và phát triển công nghệ sinh học bền vững. Mô hình gồm 3 cụm thiết bị:

Cụm máy tách khí HHO bằng công nghệ điện phân: Gồm 2 cụm máy độc lập với công suất 24 VDC-0,5 kW, cho phép linh hoạt điều chỉnh công suất và lưu lượng nhiệt theo yêu cầu vận hành. Đây là trái tim của hệ thống năng lượng xanh, cung cấp nguồn nhiệt sạch, thân thiện môi trường cho quy trình sản xuất men vi sinh.

Hệ thống quản lý và giám sát năng lượng thông minh: Tích hợp bảng điện điều khiển kết nối mô hình quản lý, giám sát năng lượng thông qua kỹ thuật hòa lưới bám tải, ưu tiên sử dụng năng lượng từ hệ thống năng lượng mặt trời (nguồn dư thừa hiện tại của đơn vị) và hệ thống pin lưu trữ.

Đặc biệt, việc ứng dụng công nghệ IoT (Internet of Things) cho phép người vận hành giám sát, ghi nhận dữ liệu hoạt động của hệ thống một cách tối ưu, qua bộ thiết bị V-NET. Điều này cho phép có thể quản lý vận hành mô hình từ xa, phân tích dữ liệu tức thời, truy xuất và hỗ trợ ra quyết định.

Kỹ thuật sấy men vi sinh có thể chọn một trong hai nguồn năng lượng vận hành: Nguồn thứ nhất được cung cấp từ nhiệt trở sử dụng điện lưới kết hợp ưu tiên nguồn điện mặt trời. Nguồn thứ hai là nguồn nhiệt được cung cấp từ quá trình đốt cháy hỗn hợp khí HHO sau đó dẫn vào tủ sấy được thiết kế kín, tuần hoàn nhiệt. Các cảm biến nhiệt độ bố trí đều để thu thập số liệu phục vụ quá trình điều khiển ổn định nhiệt.

Sản phẩm men vi sinh yêu cầu nhiệt độ sấy chính xác để duy trì hoạt tính sinh học, thông thường nhiệt độ dao động ở ngưỡng 45℃. Do đó, để tránh quá nhiệt hoặc sấy không đều, không đảm bảo chất lượng, bộ điều khiển PID được sử dụng để cân bằng nhiệt độ. Đây là giải pháp mang tính kỹ thuật cao đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các dãy nhiệt độ có độ nhạy cao.

Ngoài việc đáp ứng một mô hình thực tập đa năng về ủ, sấy, phát triển men vi sinh phục vụ đào tạo ngành công nghệ sinh học phục vụ phát triển bền vững, giải pháp cũng trang bị kiến thức trọng tâm về chuyển đổi năng lượng mới, quản lý sử dụng năng lượng hiệu quả.

TS. Đoàn Thị Kiều Tiên cho biết, đây là lần đầu tiên giải pháp được triển khai ứng dụng phục vụ đào tạo tại Nhà trường, phục vụ đồng thời cho cả 3 nhóm ngành trọng điểm: Công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm và công nghệ kỹ thuật năng lượng. Mô hình là sự kết hợp giữa 3 lĩnh vực về kỹ thuật điện, kỹ thuật năng lượng và công nghệ sinh học, tạo nên sản phẩm độc đáo, có tính ứng dụng liên ngành.

Hệ thống giám sát và phân tích số liệu được thiết kế linh hoạt, bảo mật cao và có khả năng kết nối dễ dàng với nhiều hệ thống tương thích khác. Điều này đảm bảo tính bền vững và khả năng nhân rộng trong việc giám sát, quản lý các số liệu thực tế, đặc biệt quan trọng trong tiến trình số hóa toàn diện hiện nay.

Với những tính năng quản lý năng lượng hiệu quả và số hóa quy trình, mô hình có thể triển khai rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp khác có sử dụng năng lượng điện, giúp tối ưu hóa việc quản lý tiêu thụ điện, tiết kiệm chi phí sản xuất và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số và tăng trưởng xanh - bền vững./.