Việc tạo ra nhiên liệu sinh học từ cây lương thực ở khắp nơi trên thế giới hiện đang gặp trở ngại do nguy cơ chiếm đất nông nghiệp, đe dọa an ninh lương thực. Nhưng thời gian gần đây, một số công nghệ mới đã cho phép chế tạo nhiên liệu sinh học từ chất thải ở các lò mổ, chất thải nông nghiệp và khí thải công nghiệp, hứa hẹn mở ra bước đột phá trong lĩnh vực này.
Từ tháng 12/2011, Neste Oil, tập đoàn dầu mỏ nửa nhà nước của Phần Lan, thu gom mỗi ngày hàng nghìn tấn chất thải như mỡ, da lợn, xương, máu… từ các lò mổ ở khắp Châu Âu; chất thải của ngành chế biến thủy - hải sản; và dầu mỡ đã qua sử dụng ở các nhà bếp lớn đem về chế biến tại cơ sở lọc dầu lớn nhất của tập đoàn, ở cảng Rotterdam (Hà Lan). Sản phẩm cuối cùng là khoảng 1 tỷ lít dầu diesel sinh học (biodiesel) trong một năm.
Tập đoàn Neste Oil, chỉ là một ví dụ cho xu hướng ngày càng có nhiều doanh nghiệp chế biến chất thải như rơm rạ, gỗ đầu mẩu, cành cây, khí thải công nghiệp, rác thải gia đình và nhựa tổng hợp (plastic) thành nhiên liệu. Những thứ mà trước đây bị thiêu hủy phí phạm thì ngày nay trở thành một nguồn tài nguyên quý giá.
Theo Thomas Willner, Giáo sư về giải pháp công nghệ ở trường Cao đẳng Khoa học Thực nghiệm tại Hamburg, “Hiện nay, khối lượng chất thải ở Đức có thể đáp ứng 50% nhu cầu về nhiên liệu của nước này”. Bản thân nhà khoa học này cũng đang nghiên cứu về việc biến dầu nặng và bùn lắng thành nhiên liệu.
Theo một nghiên cứu của Bloomberg New Energy Finance, với các phương pháp kỹ thuật mới, đến năm 2020, 27 nước EU có thể chế biến chất thải sinh học thành 90 tỷ lít ethanol – đáp ứng hơn 60% nhu cầu về xăng của quốc gia mình.
Xu hướng mới này còn góp phần bảo vệ khí hậu, vì làm giảm tiêu thụ dầu mỏ cũng có nghĩa là giảm lượng khí thải CO2. Nhưng điều quan trọng nhất khi có thể biến chất thải trở thành nhiên liệu là những sản phẩm nông nghiệp như ngô hạt, đậu tương và cải dầu sẽ hoàn toàn được sử dụng để làm thực phẩm. Cho đến nay, thí dụ như ở Mỹ, một nửa sản lượng ngô hạt vẫn dùng để sản xuất xăng sinh thái.
Các nhà báo của tạp chí “Tuần kinh tế” (WirtschaftsWoche) của Đức đã tham quan nhiều doanh nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học ở Đức, Mỹ, Trung Quốc, Brazil và Ireland.
Đức
Một doanh nghiệp Đức ở Karlsruhe dùng máy băm nhỏ rơm rạ rồi cho vào lò phản ứng kín, không có không khí và nung ở nhiệt độ 500 độ C, từ đó tạo thành một dung dịch nhờn. Dung dịch này tiếp tục xử lý qua ba công đoạn thành xăng và dầu diesel.
Trong tương lai, máy móc và rơm rạ sẽ tạo ra dầu, vì nhờ máy móc, những chất giàu năng lượng như lignin và cellulose thực vật sẽ được chế biến thành nhiên liệu.
Dự án của Đức không hề rẻ. Viện Công nghệ Karlsruher (KIT), Chính phủ Liên bang, Tập đoàn Chế tạo thiết bị cỡ lớn Lurgi và doanh nghiệp hóa chất của Pháp Air Liquide, đã chi 60 triệu Euro để phát triển dự án. Tuy nhiên, sự đầu tư này hẳn không phải là uổng phí.
Rơm rạ lúa mì, lúa mạch, thân cây ngô không dùng làm thức ăn gia súc, phân bón, vốn bị coi là chất thải ở Đức, đủ để 4 triệu xe ô tô hoạt động trong một năm, theo tính toán của các nhà nghiên cứu ở KIT. Ông Peter Fritz, Phó chủ tịch KIT đồng thời là nhà điều phối nghiên cứu của dự án, cho biết: “Từ năm 2014, chúng tôi sẽ biến rơm thành nhiên liệu.” Chất thải lâm nghiệp, cành cây cũng sẽ được sử dụng vào quá trình mang tên Bioliq (sinh hóa lỏng). Ông Fritz chưa tiết lộ về giá cả, tuy nhiên ông cho rằng loại nhiên liệu này có thể cạnh tranh về giá với xăng, nếu được ưu đãi về thuế.
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 60 doanh nghiệp đang tập trung phát triển các giải pháp biến rác thải và phụ phẩm nông, lâm nghiệp thành nhiên liệu. Tuy nhiên, không phải doanh nghiệp nào cũng áp dụng các giải pháp hóa học như Bioliq. Tập đoàn Hóa chất Clariant của Thụy Sĩ sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa chất thải nông nghiệp thành ethanol. Cơ sở thực nghiệm của hãng sản xuất một năm khoảng 1.000 tấn cồn ethanol, loại cồn có thể pha trộn với xăng E10.
Trong quy trình công nghệ sinh học, người ta sử dụng enzyme (chất xúc tác sinh học) được hình thành từ nấm để chiết xuất các phân tử đường quý giá từ rơm rạ và gỗ được băm vụn, rồi nấu trong lò phản ứng sinh học.
Việc xử lý các chất thải nông nghiệp trong sản xuất ngô hay mía đường, cũng diễn ra tương tự. Tập đoàn Hóa chất Clariant, đang rao bán cho các doanh nghiệp trên thế giới hệ thống chế biến có tên là Sunliquid này.
Tuy nhiên, giá enzyme và hệ thống thiết bị chế biến đều khá cao. Vì vậy, doanh nghiệp Butalco của Thụy Sĩ đã sử dụng loại men thông thường được xử lý trong phòng thí nghiệm với một số gene nhất định, có khả năng chuyển hóa trực tiếp các loại chất thải như gỗ, lá xanh hay rơm rạ. Cha đẻ của ý tưởng này là nhà sinh hóa người Đức Eckhard Boles, cũng là người đồng sáng lập Butalco. Nhà sinh hóa này còn luyện men để tạo ra butanol thay vì ethanol. Các chuyên gia đánh giá, butanol sẽ là nhiên liệu sinh học trong tương lai vì nó có nhiệt lượng cao tương đương loại xăng thông thường hiện nay.
Mỹ
Nhà doanh nghiệp Mike Cheiky đề xướng một kế hoạch vĩ đại về “xăng phế thải” ở Mỹ. Cùng với doanh nghiệp Cool Planet của mình ở gần Los Angeles, ông dự kiến đến năm 2020, sẽ xây dựng ở Mỹ khoảng 400 nhà máy nhiên liệu sinh học cỡ nhỏ. Sau đó, sẽ xây dựng khoảng 1.600 nhà máy trên khắp thế giới. Cheiky hy vọng, mạng lưới này có thể đáp ứng 10% nhu cầu về nhiên liệu của thế giới.
Mike Rocke, Phó giám đốc Cool Planet, cho biết: “Chúng tôi sản xuất loại nhiên liệu bảo vệ khí hậu đầu tiên trên thế giới.” Ông gọi sản phẩm này là CO2 - negative và cho biết nó có thể trộn với xăng. Cơ sở thí điểm của Cool Planet đã sản xuất được 10.000 lít nhiên liệu sinh học từ tháng 12 đến nay.
Điểm đặc biệt của công nghệ này không phải là nhiên liệu, mà là sinh khối còn đọng lại trong quá trình sản xuất: cứ 1 lít nhiên liệu thì tồn đọng 200 gr sinh khối. Sinh khối này ở dạng rắn và được chế biến thành than sinh học. Nếu đem vùi dưới ruộng, chúng có khả năng tích cóp khoảng 1/3 lượng CO2 mà cây sinh khối lấy từ khí quyển trong quá trình phát triển, góp phần làm giảm sự nóng lên của trái đất.
Năm 2014, cơ sở thương mại đầu tiên sẽ đi vào hoạt động với công suất từ 40 đến 200 triệu lít nhiên liệu (khoảng 30 cent/lít) và khoảng 50 tấn than sinh học mỗi năm. Chi phí xây dựng công trình này khoảng 20 triệu USD.
Brazil
Tại Brazil, Hans-Jürgen Franke, nguyên là chuyên gia hợp tác phát triển của Đức, đã tìm thấy những thứ mà ông cần cho dự án của mình, đó là: khí thải CO2 từ nhà máy đường, ánh sáng mặt trời dư thừa và một đối tác sẵn sàng chịu rủi ro – doanh nghiệp chuyên về tảo See Algae Technology (SAT).
Franke đã lắp đặt một cơ sở sản xuất lớn dầu diesel sinh học từ tảo đầu tiên trên thế giới tại một địa điểm cách Recife, thủ phủ bang Pernambucos, 60 km.
Tảo ở đây phát triển rất nhanh trong những silo cao 5 mét. Sáng kiến có ý nghĩa quyết định ở đây là cho tảo ăn CO2 trực tiếp từ khí thải, do đó tảo phát triển rất nhanh. Cứ hai tấn CO2 thì sản xuất được 1 tấn tảo.
Sau khi thu hoạch sẽ dùng máy ép tảo lấy dầu, qua tinh luyện dầu tảo sẽ thành Biodiesel. Chất bã của tảo là thức ăn gia súc lý tưởng có hàm lượng protein cao gấp đôi so với ngô hạt.
Ưu thế của dự án này là giá thành chỉ khoảng 30 cent/1 lít dầu tảo. Chi phí để tinh luyện ra dầu diessel sinh học là 40 cent. Tại các doanh nghiệp tảo khác, với quy trình sản xuất khác giá thành lên tới vài Euro/lít. Sở dĩ dự án của Franke có mức giá rất thuận lợi là nhờ kỹ thuật thu gom ánh sáng mặt trời qua lăng kính, rồi dẫn bằng cáp quang vào thẳng silo. Tảo mọc đầy trong silo chứ không chỉ ở trên mặt nước như ở các giải pháp kỹ thuật khác.
Rafael Bianchini, lãnh đạo của SAT ở Brazil, nói: “Chúng tôi có thể tạo ra ở Brazil một vành đai xanh quanh các nhà máy nhiệt điện hay các nhà máy đường”. Đầu năm 2014, cơ sở nuôi trồng tảo của Franke ở gần Recife sẽ đi vào hoạt động.
Trung Quốc
Ngành sắt thép ở Trung Quốc ít thay đổi, quặng sắt vẫn được đổ vào lò để nung thành gang, sau đó luyện thành thép. Vấn đề lớn là, sự hình thành một khối lượng lớn khí miệng lò, một loại khí độc hại, ngoài cacbon điôxit (CO2) còn chứa nitơ (N), carbon mônôxit (CO) và hyđrô (H).
Cho đến nay, khí miệng lò thường được để thoát ra ngoài hoặc dùng để sản xuất điện - đều là những biện pháp kém hiệu quả và gây tổn hại đến môi trường.
Doanh nghiệp Lanza Tech của New Zealand đã hợp tác với Tập đoàn Siemens của Đức, để tận dụng khí thải này. Khí miệng lò được dẫn vào một lò phản ứng sinh học và sẽ được một loại vi sinh vật chuyển hóa thành Ethanol. Jennifer Holmgren, nhà lãnh đạo của Lanza Tech tiết lộ, với công nghệ này, thế giới mỗi năm có thể sản xuất được hơn 100 tỷ lít nhiên liệu, nhiều hơn 15 tỷ so với sản lượng hiện nay.
Hai cơ sở sản xuất thực nghiệm đầu tiên mà Lanza Tech xây dựng tại các cơ cở của hai tập đoàn thép khổng lồ Baosteel và Shougang của Trung Quốc mỗi năm sản xuất được 300 tấn ethanol từ khí miệng lò. Đến 2014, Lanza Tech sẽ xây dựng tiếp hai cơ sở nữa với quy mô thương mại. Đến 2015, Lanza Tech dự kiến sẽ sản xuất được 500 triệu lít nhiên liệu từ khí thải miệng lò.
Ireland
Jeremy Rowsell là một phi công nghiệp dư. Mỗi lần bay dọc bờ biển nước Úc, ông cảm thấy như bị sỉ nhục vì chất thải plastic chất cao như núi.
Cách đây ít tháng, ông đọc được về doanh nghiệp Cynar của Ireland, nơi đã phát triển giải pháp công nghệ nhằm biến nhựa phế thải thành dầu diesel và xăng máy bay. Bằng công nghệ này, chất dẻo chịu tác động của nhiệt và bước đầu chuyển hóa thành khí Pyrolyse, trước khi trở thành nhiên liệu. Cứ một tấn Plastic có thể chế tạo được 1.000 lít nhiên liệu. Rowsell đã bay từ Sydney tới London để quảng bá rộng rãi trước công chúng rằng: Plastic không phải là phế thải mà là tài nguyên quý giá.
Hiện Cynar đã nhận được đơn đặt hàng xây dựng 50 cơ sở chế biến từ một số nước châu Âu và Nam Mỹ.
Cơ sở đầu tiên sẽ được đưa vào vận hành trong tháng 8 ở gần London. Michael Murray, nhà sáng lập Cynar ở Dublin, cho hay: “Chúng tôi không cần loại nhựa tổng hợp còn mới, còn khả năng tái chế, mà chỉ xử lý những loại chất dẻo không thể tái chế được nữa”. Mỗi năm, các nước EU thải ra khoảng 15 triệu tấn plastic không còn giá trị tái chế, có thể mua với giá rất rẻ, bởi vậy giá một lít nhiên liệu diesel chế biến từ loại phế thải này chỉ khoảng 35 Euro-Cent. Thời gian khấu hao của các cơ sở sản xuất được tính là khoảng bốn năm.
Nguồn tin: Tiasang
