Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ hai, 16/09/2019 | 17:18

Thứ hai, 16/09/2019 | 17:18

Nhiên liệu sinh học

Cập nhật lúc 11:00 ngày 30/08/2019

Nhiên liệu sinh học low-carbon thân thiện với môi trường

Nhiên liệu low-carbon thay thế xăng dầu hóa thạch sẽ làm giảm đáng kể khí thải carbon dioxide, tăng khả năng bảo vệ môi trường, và chống biến đổi khí hậu.
Trái đất đang nóng dần lên do hiệu ứng nhà kính vì ô nhiễm khí thải, với chất chính là dioxide carbon. Một phần tư lượng carbon dioxide đến từ việc đốt cháy nhiên liệu của các phương tiện giao thông vận tải. Vì thế, việc sử dụng các loại nhiên liệu sinh học, đặc biệt là nhiên liệu low-carbon, để thay thế xăng dầu hóa thạch sẽ làm giảm đáng kể khí thải carbon dioxide từ các phương tiện giao thông, giảm hiệu ứng nhà kính, tăng khả năng bảo vệ môi trường, và chống biến đổi khí hậu.
Nhiên liệu sinh học, biofuel, là các nhiên liệu hình thành từ các hợp chất sinh học hữu cơ như từ chất béo động thực vật, carbohydrate thực vật (bột mì, gạo, bắp ngô, khoai, sắn…), cellulose trong chất thải nông, công nghiệp (rơm rạ, phân hữu cơ, mùn cưa, gỗ thải bỏ…).
Hiện nay, chúng ta đang sử dụng ba nhóm nhiên liệu sinh học chính:
(1) Xăng sinh học (biogasoline) sử dụng ethanol làm chất phụ gia cho chì; (2) Diesel sinh học (biodiesel) được điều chế bằng các dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật) thông qua quá trình trans ester hóa với các loại rượu, phổ biến nhất là methanol; và
(3) Khí sinh học (biogas) là các khí hữu cơ như metan và các đồng đẳng khác, tạo ra qua quá trình lên men sinh khối hữu cơ các phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho khí gas từ dầu mỏ.
* Cường độ carbon
Cường độ carbon, carbon intensity, của một loại nhiên liệu là số gam khí carbon dioxide CO2 sản sinh khi dùng nhiên liệu này tạo ra 1 megajoule năng lượng. Carbon dioxide, metan, oxit nitơ và các hydrocacbon khác hấp thụ năng lượng ánh sáng làm trái đất nóng lên, đo cường độ carbon giúp chúng ta đánh giá, so sánh tác hại của các loại nhiên liệu với nhau. Ví dụ, so sánh dầu diesel sinh học sản xuất từ đậu tương với lượng khí thải phát ra từ ống xả sau khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.
* Nhiên liệu ít carbon
Là những nhiên liệu sinh học có cường độ carbon thấp nên sạch và ít gây ô nhiễm carbon so với các loại nhiên liệu hóa thạch, dầu mỏ. Nhiên liệu ít carbon phổ biến hiện nay là khí tự nhiên như khí nén thiên nhiên (compressed natural gas, CNG), và khí dầu mỏ hóa lỏng (liquefied petroleum gas, LPG).
Nhiên liệu ít carbon sẽ giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu, bảo tồn và tăng cường tài nguyên đất, nước, rừng, hệ sinh thái bản địa và cải thiện phúc lợi kinh tế của nông dân, công nhân và cộng đồng.
Sản xuất nhiên liệu sinh học sạch
Từ các nguyên liệu là chất thải nông nghiệp, dầu thải, cỏ cây, tảo, sinh khối chất thải, sinh khối gỗ nông nghiệp, chất thải sau tái chế và nhiều loại khác, các công ty sản xuất nhiên liệu sạch có quy trình riêng để chuyển đổi thành nhiên liệu: (1) Sản xuất cồn ethanol với quy trình chưng cất như trong sản xuất rượu; (2) Khí hóa nguyên liệu thành các hóa chất cơ bản và xây dựng lại thành chuỗi hydrocarbon như ở dầu thô. Sau đó, tinh chế dầu thô để sản xuất xăng, dầu diesel hoặc nhiên liệu máy bay; và (3) Sử dụng công nghệ “không khí thành nhiên liệu”, carbon dioxide thu giữ từ khí trời sẽ được chuyển thành nhiên liệu carbon trung tính nhờ các nguồn năng lượng tái tạo.
Công ty năng lượng sạch Carbon Engineering, Canada, thành lập năm 2009 bởi David Keith, Giáo sư ĐH Harvard, đã dùng công nghệ thu gom CO2 trực tiếp từ khí quyển (Direct Air Capture, DAC). Carbon dioxide thu giữ này được chuyển đổi thành nhiên liệu carbon trung tính nhờ các nguồn năng lượng tái tạo, theo quy trình “không khí thành nhiên liệu” (air to fuel, A2F). Công nghệ A2F này cho phép sản xuất quy mô lớn các nhiên liệu như xăng, dầu diesel và xăng máy bay Jet-A mà không cần sử dụng dầu thô. Những nhiên liệu này rất sạch so với nhiên liệu hóa thạch, không có khí thải nhà kính và lượng khí thải carbon bằng không, vì thế công ty Carbon Engineering đã được một số cơ quan chính phủ và nhà đầu tư tài trợ.
Đôi điều bàn luận
Ô nhiễm khí thải, đặc biệt với CO2, gây nóng lên của địa cầu đang là mối quan tâm lo lắng của cả thế giới. Do đó, việc sử dụng nhiên liệu sinh học là một xu hướng bắt buộc cho con người.
Hiện nay, hệ thống khí sinh học biogas đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Vì được sản sinh từ việc ủ, lên men sinh khối hữu cơ các chất phế thải nông nghiệp, các bãi chôn lấp rác, biogas vừa cung cấp năng lượng sinh hoạt cũng vừa xử lý rác thải và bảo vệ môi trường.
Ở Việt Nam, dù việc phát triển biogas được tiến hành từ rất lâu, nhưng hầu hết đều nhỏ lẻ, quy mô hộ gia đình, và khí sinh học chủ yếu để nấu ăn hay thắp sáng. Theo bộ NNPTNT, cả nước có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas quy mô nhỏ, hộ gia đình nông dân; và dù có đến 17.000 trang trại nuôi lợn, nhưng chỉ có gần 100 hầm biogas thương mại, dung tích 100-200m3, chiếm tỷ lệ 0,3%, và chưa có nhà máy sản xuất điện biogas nào hòa lưới điện quốc gia. 
Với công nghệ carbon engineering, con người có thể thu thập carbon dioxide trong khí trời rồi kết hợp với hydro tạo ra các nhiên liệu lỏng carbon trung tính như xăng hoặc diesel truyền thống. Máy móc, động cơ, xe hiện tại đều có thể sử dụng các loại nhiên liệu lỏng được tổng hợp này mà không cần chuyển đổi cấu tạo gì. Vấn đề lớn với nhiên liệu thay thế, và cũng là thách thức của bất cứ phát minh về năng lượng mới, là chi phí sản xuất: chuyển 1 tấn carbon dioxide để tạo nhiên liệu low-carbon sẽ mất từ 94 – 232 USD, trong khi nhiên liệu hoá thạch chỉ 50-60 USD/thùng dầu thô. Hy vọng trong tương lai, khi quy mô sản xuất tăng lên giá thành chỉ còn khoảng 1 USD/lít nhiên liệu low-carbon như các công ty hứa hẹn !!!
Tóm lại, nhiên liệu sinh học low-carbon, kể cả các nguồn năng lượng không cacbon (zero cacbon power) như gió, mặt trời, địa nhiệt và hạt nhân, và cả nguồn năng lượng có mức phát thải thấp (lower-level emissions) như khí tự nhiên và cả công nghệ thu giữ cacbon dioxit, là những nguồn cung cấp năng lượng ít phát thải khí nhà kính so với các nguồn năng lượng hóa thạch. Nếu được phát triển hợp lý các nhiên liệu sinh học sẽ vừa cung cấp năng lượng sử dụng vừa giải quyết ô nhiễm rác thải và ô nhiễm khí nhà kính giảm thiểu hiện tượng nóng lên của trái đất này.
Tú Anh (TH)
lên đầu trang