Phát thải khí nhà kính trong hệ thống cấp nước Đồng bằng Sông Cửu Long

PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Tóm tắt

Các giai đoạn trong toàn bộ vòng đời của hệ thống cấp nước đều có thể gây phát sinh khí nhà kính. Để xác định nguồn phát thải khí nhà kính từ hệ thống cấp nước, bên cạnh phương pháp lược khảo các tài liệu có áp dụng kỹ thuật đánh giá vòng đời sản phẩm cho hệ thống cấp nước, nghiên cứu còn thu thập, tổng hợp, phân tích dữ liệu của các đơn vị cấp nước vùng Đồng bằng sông Cửu Long sau đó tính toán lượng phát thải khí nhà kính và phân tích tiềm năng ứng dụng điện mặt trời cho một trường hợp cụ thể.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, suất tiêu thụ điện năng của các nhà máy nước dao động từ 0,2 đến 0,98 kWh/m³. Việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời ở nhà máy nước Chợ Mới giúp giảm khoảng 16,5% lượng PTKNK trong khi chi phí đầu tư ban đầu cho HTĐMT chỉ chiếm khoảng 2,7% tổng suất đầu tư xây dựng nhà máy và diện tích lắp đặt hệ thống chiếm 4,2-4,8% tổng diện tích xây dựng nhà máy theo quy định. Ngoài ra nghiên cứu còn xác định được các chỉ số về hiệu quả tài chính như thời gian hoàn vốn dưới 5 năm, giá trị hiện tại ròng lớn hơn 500 triệu đồng, tỷ lệ hoàn vốn nội bộ trên 20% và doanh thu từ tín chỉ carbon góp phần rút ngắn 0,16 năm thời gian hoàn vốn.

Từ khóa: Khí nhà kín; tín chỉ carbon; hệ thống cấp nước; Đồng bằng sông Cửu Long; điện mặt trời.

GREENHOUSE GAS EMISSIONS IN THE WATER SUPPLY SYSTEM OF THE MEKONG DELTA

Abstract

The phases in the life cycle of a water supply system can cause greenhouse gases. To assess the sources of greenhouse gas emissions from the water supply system, along with reviewing literature that utilizes life cycle assessment techniques for the water supply system, the study also obtains, compiles, analyzes data from water supply utilities in the Mekong Delta region. Following this, it estimates the quantity of greenhouse gas emissions and assesses the potential application of solar power for a representative exemple.

The research results show that the specific energy use of water plants ranges from 0,2 to 0,98 kWh/m³. Installing a solar power system at the Chợ Mới Water Plant enables reduce greenhouse gas emissions by approximately 16,5%, while the initial investment cost for the solar power system accounts for only about 2,7% of the total plant construction investment. Furthermore, the required installation area occupies 4,2-4,8% of the plant's total construction area as per regulations. Moreover, the study identified financial efficiency ratios such as a payback period of less than 5 years, a net present value of over 500 million VND, an internal rate of return above 20% and revenue from carbon credits contributes to shortening the payback period by 0,16 years.

Keywords: Greenhouse gas; carbon credits; water supply system; Mekong Delta; solar power.

1. Giới thiệu

Biến đổi khí hậu đang trở thành vấn đề toàn cầu và các quốc gia trên thế giới cần phải có các giải pháp hiệu quả để giảm phát thải khí nhà kính (PTKNK). Tại ĐBSCL, hệ thống cấp nước (HTCN) đô thị được xem là một lĩnh vực giàu tiềm năng trong việc giảm phát thải bằng cách sử dụng điện mặt trời (ĐMT) thay cho điện lưới.

Các nghiên cứu trước đây chủ yếu là đánh giá PTKNK của các giai đoạn trong toàn bộ vòng đời của HTCN mà chưa phân tích tiềm năng ứng dụng ĐMT trong việc giảm PTKNK. Vì vậy để bổ sung vào khoảng trống này, nghiên cứu đã đánh giá mức PTKNK từ các nhà máy nước (NMN) tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đồng thời phân tích hiệu quả của việc áp dụng hệ thống điện mặt trời (HTĐMT) và cơ hội tham gia thị trường tín chỉ (TC) carbon. Phương pháp nghiên cứu bao gồm lược khảo tài liệu kết hợp khảo sát thực tế tại 15 NMN, thu thập dữ liệu về sản lượng nước, điện năng tiêu thụ và lượng hóa chất sử dụng.

Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ cung cấp thông tin quan trọng về PTKNK và các giải pháp giảm phát thải thông qua việc sử dụng điện mặt trời. Điều này góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững của ngành cấp nước và mở ra cơ hội cho Việt Nam tham gia thị trường carbon đồng thời hiện thực hóa các cam kết quốc gia về giảm PTKNK.

2. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu này tập trung vào hai nội dung chính là đánh giá lượng PTKNK của hoạt động tiêu thụ điện trong giai đoạn vận hành tại các NMN khu vực ĐBSCL và phân tích tiềm năng ứng dụng ĐMT như một giải pháp thay thế nhằm giảm lượng PTKNK.

Đối tượng nghiên cứu là 13 đơn vị cấp nước khu vực ĐBSCL, chọn 15 NMN có công suất thiết kế từ 1.500 m³/ngđ đến 15.000 m³/ngđ, nguồn nước khai thác là nguồn nước mặt và nước ngầm; được phân bố tại các tỉnh An Giang, Bạc Liêu, Cần Thơ, Tiền Giang và Long An để đáp ứng cơ bản tính đại diện của vùng để khảo sát.

Phạm vi nghiên cứu là đánh giá PTKNK từ việc sử dụng điện trong quá trình vận hành NMN và tính khả thi của giải pháp ĐMT áp mái thay thế cho điện lưới. Giới hạn nghiên cứu được tính từ giai đoạn khai thác nước thô đến giai đoạn phân phối nước sau xử lý vào mạng lưới và bỏ qua giai đoạn xây dựng và giai đoạn phá dỡ hệ thống.

2.2. Phương pháp nghiên cứu:

- Tổng quan tài liệu: 12 tài liệu nghiên cứu (bảng 1) được chọn để phân tích các giai đoạn PTKNK trong toàn bộ vòng đời của HTCN nhằm xác định giai đoạn phát thải lớn nhất để đánh giá.

- Khảo sát và thu thập số liệu: phỏng vấn trực tiếp các quản lý NMN và các báo cáo thường niên, báo cáo kết quả sản xuất kinh doanh của các đơn vị cấp nước vùng ĐBSCL được công bố trên các trang thông tin đại chúng. Số liệu thu thập gồm: (1) Sản lượng nước khai thác, điện năng tiêu thụ, điện năng tạo ra từ HTĐMT, liều lượng hóa chất sử dụng, tỉ lệ thất thoát nước trong một năm của 13 đơn vị cấp nước; (2) Suất tiêu thụ điện năng, liều lượng hóa chất sử dụng của 15 NMN và điện năng tạo ra từ HTĐMT của 8 trong số 15 NMN được khảo sát có lắp HTĐMT, công suất thiết kế từ 10 KWp đến 60KWp.

- Tổng hợp và phân tích dữ liệu: Lập bảng thống kê, biểu đồ để đánh giá và nhận xét về mức độ PTKNK từ hoạt động tiêu thụ điện của các NMN. Các bước thực hiện gồm: (1) Tính toán PTKNK theo hướng dẫn của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu IPCC; (2) Phân tích hiệu quả tài chính khi lắp đặt HTĐMT cho NMN Chợ Mới (công suất 50 kWp), dựa trên phương pháp tính toán của UNICEF.

3. Nghiên cứu tổng quan

LCA là công cụ đề cập đến các khía cạnh môi trường và các khía cạnh tiềm ẩn của toàn bộ vòng đời sản phẩm từ giai đoạn khai thác, sản xuất, sử dụng cho đến giai đoạn thải bỏ hoặc tái chế nhằm phục vụ cho việc đánh giá mức độ tác động của sản phẩm đến môi trường. Một nghiên cứu LCA gồm 4 giai đoạn: (1) xác định mục tiêu và phạm vi; (2) phân tích kiểm kê; (3) đánh giá các tác động; (4) diễn giải. [3]. Để xác định nguồn PTKNK chủ yếu trong toàn bộ vòng đời của HTCN, nghiên cứu này tổng hợp các tài liệu trong nước và quốc tế có áp dụng kỹ thuật đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) cho HTCN được trình bày trong bảng 1.

Bảng 1: Bảng thống kê các nghiên cứu LCA của HTCN đô thị

Hiện trạng sản xuất nước của các đơn vị cấp nước (sử dụng tên tỉnh/thành phố thay cho tên đầy đủ của các đơn vị) vùng ĐBSCL được trình bày trong bảng 2.

Liều lượng hóa chất xử lý nước và suất tiêu thụ điện năng được khảo sát trực tiếp tại các NMN vùng ĐBSCL được liệt kê trong bảng 3, ranh giới khảo sát và điện năng sản xuất từ HTĐMT được thể hiện ở hình 2 và 3.

4. Kết quả và thảo luận

Kết quả phân tích cho thấy nguồn PTKNK của HTCN phát sinh từ bốn giai đoạn chính gồm giai đoạn XD, VH, bảo trì và phá dỡ, được thể hiện ở hình 4.

Hình 4. Nguồn PTKNK của HTCN

Qua sơ đồ trên cho thấy giai đoạn vận hành là nguồn PTKNK chủ yếu, nguyên nhân chính đến từ việc tiêu thụ điện năng. Trong khi đó, các giai đoạn khác xây dựng, bảo trì và phá dỡ có đóng góp tương đối nhỏ nên thường được loại trừ trong LCA [6, 9-14]. Mức tiêu thụ điện trong vận hành dao động từ 0,1-0,54 kWh/m³ [4-5, 7].

Kết quả khảo sát cho thấy suất tiêu thụ điện năng tại các NMN dao động từ 0,2 đến 0,98 kWh/m³ (bảng 3). Để ước lượng phát thải hàng năm cho các đơn vị không công bố số liệu gồm Bến Tre, Đồng Tháp, Kiên Giang, Tiền Giang và Trà Vinh nghiên cứu sơ bộ sử dụng giá trị trung vị là 0,35 kWh/m³ để tính toán.

Kết quả ước tính tổng PTKNK của toàn vùng và hiệu quả giảm phát thải nhờ HTĐMT tại NMN Chợ Mới (công suất 4.000 m³/ngày đêm) được thể hiện trong Bảng 4.

Kết quả tính toán cho thấy phát thải từ hóa chất chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ so với phát thải từ điện, phù hợp với các nghiên cứu trước đây. HTĐMT giúp giảm khoảng 41,6 (tCO₂-eq /năm) tương đương 16,5% lượng PTKNK tại nhà máy.

Các thông số đầu vào được giả định để đánh giá hiệu quả kinh tế của HTĐMT tại NMN Chợ Mới gồm: suất đầu tư HTĐMT (10-100 kWp) là 10.000.000 đồng/kWp [16], đơn giá điện bán lẻ (Chợ Mới) là 1.939 đồng/kW. Chi phí vận hành và bảo dưỡng/năm bằng 2,5% tổng vốn đầu tư ban đầu [17]. Giá TC carbon là 4 USD/tấn CO₂ [18], tỷ giá quy đổi 1 USD tạm tính là 23.500 đồng. Chi phí sử dụng vốn được tính theo lãi suất ngân hàng là 8%/năm, và tuổi thọ dự án được giả định là 20 năm theo vòng đời kỹ thuật của HTĐMT [17].

Phân tích cho thấy với tổng chi phí đầu tư ban đầu cho HTĐMT là 500 triệu đồng thì chỉ chiếm khoảng 2,7% tổng suất đầu tư xây dựng nhà máy theo Quyết định 510/QĐ-BXD năm 2023. Diện tích lắp đặt cần thiết dao động từ 210-240 m² [19], chiếm 4,2-4,8% tổng diện tích XD nhà máy theo QCVN 01:2021/BXD.

Dự án này thể hiện hiệu quả tài chính rõ rệt với các chỉ số vượt trội. Thời gian hoàn vốn dưới 5 năm, NPV lớn hơn 500 triệu đồng và IRR vượt 20%. Đặc biệt, doanh thu từ TC carbon góp phần tăng thêm khoảng 38,35 triệu đồng vào NPV và rút ngắn 0,16 năm thời gian hoàn vốn. Điều này khẳng định lợi ích kép về cả kinh tế và môi trường. Các chỉ số này cho thấy dự án hoàn toàn khả thi và xứng đáng được đầu tư.

Tại Việt Nam thị trường carbon dự kiến hoạt động chính thức vào năm 2029, sau giai đoạn thí điểm từ tháng 6/2025 [20]. Các NMN nên tận dụng cơ chế TC carbon sắp triển khai và áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng để đạt mục tiêu giảm PTKNK.

Kết quả phân tích cũng chỉ ra rằng đối với giai đoạn xây dựng và phá dỡ HTCN nguồn phát thải chủ yếu đến từ việc sử dụng bê tông và cốt thép. Vì vậy, các giải pháp giảm thiểu hiệu quả gồm sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường, tăng cường tái chế và thực hiện phân loại, xử lý chất thải hiệu quả. Trong khi đó giai đoạn bảo trì, vận chuyển vật liệu và sử dụng hóa chất cũng phát sinh KNK nhưng ở mức không đáng kể. Trong giai đoạn vận hành các giải pháp giảm thiểu hiệu quả là chuyển sang năng lượng tái tạo, tối ưu hiệu suất bơm và áp dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, việc giảm tỷ lệ thất thoát nước trên hệ thống cũng góp phần làm giảm đáng kể lượng PTKNK.

4. Kết luận

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng suất tiêu thụ điện năng của các NMN dao động từ 0,2 đến 0,98 kWh/m³; trường hợp cụ thể tại NMN Chợ Mới phát thải từ hóa chất chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ so với phát thải từ điện; HTĐMT giúp giảm khoảng 16,5% lượng PTKNK; chi phí đầu tư ban đầu cho HTĐMT chiếm khoảng 2,7% tổng suất đầu tư xây dựng nhà máy và diện tích lắp đặt hệ thống chiếm 4,2-4,8% tổng diện tích xây dựng nhà máy theo quy định. Thời gian hoàn vốn dưới 5 năm, giá trị hiện tại ròng lớn hơn 500 triệu đồng và tỷ lệ hoàn vốn nội bộ vượt quá 20%. Đặc biệt, doanh thu từ TC carbon góp phần rút ngắn 0,16 năm thời gian hoàn vốn. Điều này đã khẳng định tiềm năng ứng dụng ĐMT trong giảm PTKNK tại các NMN ở ĐBSCL.

Tài liệu tham khảo

[1] Cục Biến đổi khí hậu (2024). Công văn công bố kết quả tính toán hệ số phát thải của lưới điện Việt Nam năm 2022. Số 327/2024/BDKH-PTCBT.

[2] Tripathi, M. (2007). Life-Cycle Energy and Emissions for Municipal Water and Wastewater Services: Case-Studies of Treatment Plants in US (Master's thesis). University of Michigan, Ann Arbor.

[3] TCVN ISO 14044:2011. Quản lý môi trường-Đánh giá vòng đời của sản phẩm-Yêu cầu và hướng dẫn.

[4] Thúy, V.T. (2020). Đánh giá vòng đời trong hệ thống xử lí nước cấp tại nhà máy cấp nước Long Hậu 1 - KCN Long Hậu (Long An). Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, 17(6): 1113-1124.

[5] Duong, M.T.T., Duong, V.N. & Nga, T.T.V. (2024). Life cycle assessment on water treatment: Case study in Cau Do water treatment plant - Da Nang city - VietNam. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1391(1) : 1-11. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1391/1/012015.

[6] Del Borghi, A., Strazza, C., Gallo, M., Messineo, S., & Naso, M. (2013). Water supply and sustainability: Life cycle assessment of water collection, treatment and distribution service. The International Journal of Life Cycle Assessment, 18(6): 1158-1168. https://doi.org/10.1007/s11367-013-0549-5.

[7] Friedrich, E., Pillay, S., & Buckley, C. A. (2009). Carbon footprint analysis for increasing water supply and sanitation in South Africa: A case study. Journal of Cleaner Production, 17(1): 1-12. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2008.03.004.

[8] Vince, F., Aoustin, E., Bréant, P., & Marechal, F. (2008). LCA tool for the environmental evaluation of potable water production. Desalination, 220(1-3): 37-56. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.01.021.

[9] Mohamed-Zine, M.-B., Hamouche, A., & Krim, L. (2013). The study of potable water treatment process in Algeria (boudouaou station) -by the application of life cycle assessment (LCA). Journal of Environmental Health Science & Engineering, 11(1): 1-9. https://doi.org/10.1186/2052-336X-11-37.

[10] Gui, Z., Qi, H., & Wang, S. (2024). Study on carbon emissions from an urban water system based on a life cycle assessment: A case study of a typical multi-water county in China’s river network plain. Sustainability, 16(5): 1748. https://doi.org/10.3390/su16051748.

[11] Zhang, Q., Smith, K., Zhao, X., Jin, X., Wang, S., Shen, J., & Ren, Z. J. (2021). Greenhouse gas emissions associated with urban water infrastructure: What we have learnt from China’s practice. WIREs Water, 8(4). https://doi.org/10.1002/wat2.1529.

[12] Smith, K., & Liu, S. (2017). Energy for conventional water supply and wastewater treatment in urban China: A review. Global Challenges.

[13] Elginoz, N., Alzaboot, M., Germirli Babuna, F., & Iskender, G. (2019). Construction of a large water treatment plant: Appraisal of environmental hotspots. Desalination and Water Treatment, 172 : 309-315. https://doi.org/10.5004/dwt.2019.25107.

[14] Lane, J. L., de Haas, D. W., & Lant, P. A. (2011). Life Cycle Assessment of the Gold Coast Urban Water System. Urban Water Security Research Alliance Technical Report No. 52. The University of Queensland

[15] Zhang, P., Ma, B., Zheng, G., Li, F., Zhang, W., Gu, J., Liu, Z., Li, K., & Wang, H. (2024). Unveiling the greenhouse gas emissions of drinking water treatment plant throughout the construction and operation stages based on life cycle assessment. Ecotoxicology and Environmental Safety, 272. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116043.

[16] Datsolar. Bảng giá điện mặt trời, https://datsolar.com/bang-gia-dien-mat-troi/, truy cập ngày 06/6/2025.

[17] UNICEF. (2023). Báo cáo đánh giá ứng dụng năng lượng tái tạo & tiết kiệm năng lượng trong cấp nước nông thôn ở Việt Nam. Hà Nội, Việt Nam.

[18] Vnexpress.net. Việt Nam có thể trở thành bể chứa carbon lớn của thế giới, https://vnexpress.net/viet-nam-co-the-tro-thanh-be-chua-carbon-lon-cua-the-gioi-4845041.html, truy cập ngày 10/6/2025.

[19] Longvu.net. Diện Tích Pin Năng Lượng Mặt Trời Cho Các Hệ Thống 2kW Đến 50kW - Cần Bao Nhiêu M², https://longvu.net/dien-tich-pin-nang-luong-mat-troi-cho-cac-he-thong-2kw-den-50kw-can-bao-nhieu-m, truy cập ngày 11/6/2025.

[20] Vnexpress.net. Vận hành thí điểm sàn giao dịch carbon từ tháng 6, https://vnexpress.net/van-hanh-thi-diem-san-giao-dich-carbon-tu-thang-6-4843183.html, truy cập ngày 10/6/2025.

[21] Các đơn vị cấp nước vùng ĐBSCL (2023, 2024). Báo cáo thường niên và báo cáo kết quả sản xuất kinh doanh.

[22] QCVN 01:2021/BXD. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng. Bộ Xây dựng, Việt Nam.

[23] Bộ Xây dựng (2023). Quyết định về việc công bố suất vốn đầu tư xây dựng công trình và giá xây dựng tổng hợp bộ phận kết cấu công trình năm 2022. Số 510/QĐ-BXD.

Tác giả: Giang Văn Tuyền^1,*, Nguyễn Việt Anh², Trần Thị Hiền Hoa², Đinh Chính Lợi³

^{1 Trường Đại học Xây dựng Miền Tây}

^{2 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội}

^{3 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội}

^{* Tác giả liên hệ. Email: giangvantuyen@mtu.edu.vn}