Sử dụng năng lượng trong nuôi tôm – Nghiên cứu ở Úc chú trọng đến nhu cầu sục khí và bơm

Tóm tắt: Tuy là các trang trại nuôi tôm thâm canh ở Úc và nhiều nơi khác rất dễ bị tác động bởi giá năng lượng tăng cao, nhưng kỹ thuật thâm canh và những đổi mới trong nuôi trồng trên toàn cầu đã dẫn đến những cải thiện đáng kể về hiệu suất năng lượng trong nuôi tôm. Trong số những thay đổi quan trọng này là toàn thế giới chuyển đổi sang nuôi tôm thẻ chân trắng không thay nước. Các nhà sản xuất tôm sú có thể áp dụng một số tính năng của mô hình nuôi tôm thẻ chân trắng, chẳng hạn như việc sử dụng con giống khỏe mạnh, chọn lọc di truyền, tuy nhiên vẫn cần xem họ có thể đi theo cách làm không thay nước được tới mức nào.

Vì các loại thiết bị sục khí thường được vận hành liên tục ở Úc nên sục khí là một phần quan trọng để đạt được hiệu suất năng lượng.

Nghề nuôi tôm ở Úc đã bắt đầu khoảng ba thập kỷ trước, khi nông dân theo mô hình tiên phong ở Đài Loan và sau đó là Thái Lan với phần lớn là thả tôm sú Penaeus monodon bán thâm canh trong các ao đất ở vùng đất ven biển hoặc gần các cửa sông. Sau khi bắt đầu theo lộ trình này, chi phí sản xuất tăng cao và cạnh tranh nhập khẩu đã đòi hỏi nông dân sử dụng nhiều hơn, không phải ít đi, tổng năng lượng để nâng cao thêm hiệu quả sản xuất của họ.

Ngày nay, nhiều trang trại nuôi tôm 10 tấn/ha/vụ, trong khi trước kia 2 hoặc 3 tấn/ha từng là chuẩn mực. Bởi nuôi nhiều tôm hơn khiến nhu cầu sục khí và thay nước tăng, năng lượng bổ sung không bị lãng phí, chỉ đơn giản là tỷ lệ với quy mô lớn hơn theo nuôi trồng hiện đại. Ở tình trạng nuôi này, chi phí năng lượng tăng cao được giải quyết bằng sự giám sát chặt chẽ hơn việc sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất, cũng như chú ý đến nguồn điện.

Các tác giả nghiên cứu 6 trại nuôi tôm thâm canh ở Úc để hiểu rõ hơn về nhu cầu năng lượng của họ và xem xét làm thế nào họ có thể cải thiện quá trình tiêu thụ và hiệu suất năng lượng cũng như cách tiếp cận thế hệ năng lượng thay thế ở các trang trại. Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Hiệp hội Nông dân nuôi tôm Úc và chương trình Farm Ready (Khu nuôi sẵn sàng) của chính phủ Úc. Tuy các phát hiện này có liên quan nhiều nhất đến Úc, nhưng việc đưa ra các kết quả này trong một bối cảnh toàn cầu phát hiện làm thế nào mà quá trình thâm canh và đổi mới nuôi trồng đã kích khởi những chuyển đổi lớn về hiệu suất năng lượng trong nuôi tôm.

Các nguồn nhu cầu năng lượng

Tiêu thụ năng lượng ở các trang trại của Úc do điện chi phối, mặc dù rõ ràng một số loại nhiên liệu diesel hoặc khí dầu mỏ cũng được sử dụng để làm nóng ở các trại giống hoặc chế biến. Dấu chân điện của trang trại trung bình tỉ lệ với quy mô sản xuất ở mức 6,5 MWh/tấn tôm.

Sục khí chi phối ngân sách năng lượng trực tiếp của một trại nuôi tôm ở Úc (Bảng 1), tuy nhiên không có dịch bệnh tôm ở Úc, cùng với quy định kỹ lưỡng về xả thải trang trại, nghĩa là việc bơm nước biển để thay nước tới một mức cụ thể cho mỗi vùng vẫn tiếp tục. Bởi các trang trại ở Úc cũng thường là rộng – lên đến 70 ha ở khu vực ao – nên họ cũng thường chế biến sản phẩm tại chỗ.

Bảng 1. Đóng góp dự tính của các chức năng sản xuất vào dấu chân năng lượng tổng thể trong nuôi tôm sú Penaeus monodon ở miền bắc nước Úc.

Nhu cầu	Dấu chân năng lượng (MWh/mt)	Dẫn giải
Sục khí	~ 4-5	Cao điểm ở mức ~ 15 kW/ha 1.5 kW – Bánh guồng 1.5 kW – Máy hút
Bơm	~ 1	Tỉ lệ theo diện tích trang trại ≥ 5 kW/ha
Chế biến	~ 1	Đông lạnh, làm mát, làm đá và điều hòa không khí

Năng lượng xanh

Một trang trại nuôi tôm thâm canh rộng 50 ha ở Úc cần nguồn cung điện khoảng 1 MW từ lưới điện phân phối. Các trang trại thường khẩn cấp sử dụng máy phát điện diesel để đáp ứng nhu cầu điện trong lúc mất điện do liên quan đến thời tiết, nhưng có lẽ họ có thể chuyển số tiền từ các hóa đơn tiền điện tăng cao trong tương lai này sang nguồn năng lượng “xanh” tại trang trại.

Ngay với công nghệ hiện nay, một trạm phát điện sinh khối nhiên liệu 1-MW lân cận có thể có khả năng cạnh tranh thành công với lưới điện. Tuy nhiên, có thể có đủ nhiên liệu – ví dụ như bã mía chuyển đổi từ các vùng nông nghiệp lân cận được không? Mặt khác, một trang trại thâm canh cần sục khí liên tục thì không phù hợp với năng lượng tự nhiên của quang điện mặt trời hay năng lượng gió.

Trớ trêu thay, những người sử dụng nhiều như các trang trại nuôi tôm với nhu cầu khá ổn định có thể ở trong số những người cuối cùng cắt sự kết nối với lưới điện. Năng lượng xanh trở thành sự tranh luận rất nhiều với những người sử dụng ít, giống như các hộ gia đình đã phải trả thuế cao hơn vì nhu cầu của họ thường dao động rất nhiều trong ngày.

Sục khí, bơm

Sục khí vẫn là một phần quan trọng mà nhờ đó có thể đạt tới các hiệu suất. Cho là sục khí hoạt động liên tục trong thời gian dài thì có thể tính được lượng điện sử dụng chỉ đơn giản bằng cách tính tổng thời gian vụ nuôi và số kW trung bình sử dụng cho mỗi ha. Giá trị của tổng thu hoạch có thể được chuyển đổi thành dấu chân điện (Bảng 2).

Bảng 2. Các ví dụ về các dấu chân sục khí sử dụng các mức sục khí trong lịch sử và thu hoạch tôm sú Penaeus monodon nuôi trong các ao diện tích 1 ha ở miền bắc nước Úc.

Năm Sản xuất	Thời gian (ngày)	Sục khí trung bình vụ (kW/ha)	Nhu cầu điện năng (kWh)	Vụ thu hoạch (mt/ha)	Dấu chân Điện năng (kWh/mt)
2000 2010	130 130	4,6 10,0	14.263 31.200	3,8 8,0	3.753 3.900

Nhìn vào bảng này, dấu chân sục khí trung bình đối với các trang trại ở Úc trong một thập kỷ qua chỉ dưới 4 MWh/tấn. Để giảm bớt sẽ phải cải thiện đáng kể hiệu suất sục khí.

Một vấn đề áp lực ở Úc là tập trung bơm nhiều trùng vào lúc thủy triều lên nên phải chịu chi phí phạt quá mức bởi các nhà cung cấp điện. Vì vậy, tuy sử dụng bơm thường là phần chi phí nhỏ trong sử dụng điện, nhưng trong một số trường hợp có thể chiếm hơn ½ hóa đơn tiền điện hàng năm. Kinh nghiệm từ nước ngoài đã cho thấy ngưng dùng bơm để duy trì an toàn sinh học chắc chắn cải thiện hiệu suất năng lượng trong nuôi tôm thẻ Litopeneaus vannamei thâm canh, nhưng cách thực hành này có thể trở thành công việc thường xuyên trong nuôi tôm sú Penaeus monodon hay không?

Sử dụng năng lượng

Ở các trại nuôi một vụ 10 tấn tôm sú P. monodon tại Úc cần sục khí khoảng 40 MWh. Giá trị này gần với mức trung bình theo số liệu được công bố về sử dụng năng lượng trong nuôi tôm ở các nước khác (Hình 1). Biểu đồ này cho thấy, như kỳ vọng, một vụ thâm canh ở ao 1 ha cần năng lượng nhiều hơn một vụ thâm canh mật độ thấp hơn. Tuy nhiên, độ dốc tương hợp tổng thể không phải là đặc điểm thú vị nhất.

Hình 1. Tỉ lệ sử dụng năng lượng trực tiếp, “năng lượng nuôi” (MWh) tích lũy ở các trang trại nuôi tôm bán thâm canh và thâm canh liên quan đến sản lượng trên mỗi ha.

1 = L. vannamei, Colombia (1994),                       4 = L. vannamei, Trung Quốc (2011)

2a = P. monodon, Thái Lan (2010),                       5 = P. monodon, Đài Loan (1989)

2b = L. vannamei, Thái Lan (2010),                       6 = L. vannamei, Belize (2002)

3 = L. vannamei, Mexico (2001)

Sự biến thiên cho thấy dấu chân năng lượng để nuôi 1 tấn tôm ở diện tích 1-ha đã giảm 10-20 MWh trong 3 thập kỷ qua. Sự biến thiên này thậm chí xảy ra ở phần đường cong bán thâm canh mà ở đó về mặt lịch sử quy mô vụ ít liên quan đến sử dụng năng lượng.

Mặc dù sản lượng tôm toàn cầu đã và đang tăng cao, nhưng ngành công nghiệp này đang sử dụng năng lượng căn cơ hơn. Việc chuyển đổi gần như bắt buộc sang nuôi tôm thẻ L. vannamei không thay nước vì an toàn sinh học đã góp phần cải thiện tổng thể về hiệu suất.

Khi mà tỉ lệ sinh khối tôm: sục khí khá thuận lợi cho tôm thẻ L. vannamei thì năng lượng dùng vào bơm giảm đi cùng thời gian vụ nuôi ngắn hơn và (lý tưởng) tỉ lệ sống chắc chắn nhờ tôm giống khỏe mạnh.

Xem số liệu này, nếu sản lượng bất ngờ tụt giảm – do bệnh tật, ví dụ – trong một ao có mức sục khí cố định, thì giá trị MWh/tấn sẽ giảm đi (sang trái). Quan trọng hơn, điều ngược lại cũng đúng với quan điểm nếu sản lượng có thể tăng lên ở điều kiện mức sục khí cố định nhờ mức độ thả giống hoặc tỉ lệ sống cao hơn.

Tất nhiên, trừ khi thiết bị sục khí tốt hơn có hiệu suất sục khí tiêu chuẩn cao hơn được sử dụng, vấn đề cuối cùng này chỉ có thể làm được do nhu cầu tuần hoàn và hòa trộn ở các ao thả giống ít, nghĩa là sục khí đôi khi vượt quá nhu cầu của sinh khối tôm dự định. Còn “cơ hội” để đưa thêm tôm vào ao.

Tương lai

Có thể có các giới hạn tới mức nào thì việc sử dụng năng lượng ở các trang trại tôm sú có thể bị ép xuống vào phạm vi “tôm thẻ chân trắng”. Sự may mắn không bị đại dịch trên tôm ở Úc đã giảm bớt an toàn sinh học bắt buộc đối với nuôi tôm không thay nước.

Tuy tín hiệu giá từ các công ty điện thông báo cho nông dân tìm giải pháp thay thế cho việc sử dụng bơm khối lượng lớn, hoặc ít nhất là tìm một cách rẻ hơn để tiếp tục sử dụng các loại bơm trao đổi năng lượng.

Tuy nuôi tôm sú có thể không hưởng lợi nhiều từ sản lượng biofloc ở điều kiện sục khí và sử dụng năng lượng như nuôi tôm thẻ L. vannamei, các nguyên tắc hình thành floc cục bộ đã cho thấy nhiều hứa hẹn với tôm sú. Trong lúc này, việc sử dụng năng lượng ít nhất sẽ tiếp tục đi đúng hướng nếu các loại thức ăn mới và sự chọn lọc di truyền có thể duy trì sản lượng cao và thời gian vụ nuôi càng ngắn càng tốt.

BioAqua.vn

Nguồn: Brian Paterson, Trung tâm Nghiên cứu Đảo Bribie – Bộ Nông nghiệp, Thủy sản và Lâm nghiệp Bang Queensland, P.O. Box 2066, Woorim, Queensland 4507 Úc – Sarah Miller, CSIRO Energy Flagship, Clayton Nam, Victoria, Úc.