Sử dụng nhiên liệu sinh học để giảm phát thải hiệu ứng nhà kính

Những ưu việt của nhiên liệu sinh học
Hiện nay có khoảng 50 nước ở khắp các châu lục đã khai thác và sử dụng nguyên liệu sinh học (NLSH) ở các mức độ khác nhau. Năm 2006, toàn thế giới đã sản xuất khoảng 50 tỷ lít ethcol (75% dùng làm nguyên liệu), dự kiến năm 2012 đạt khoảng 80 tỷ lít; năm 2005 sản xuất được 4 triệu tấn diesel sinh học (B100), năm 2010 sẽ tăng lên khoảng trên 20 triệu tấn.
NLSH đầu tiên được nghiên cứu sản xuất chủ yếu là từ các loại cây lương thực, thực phẩm như ngô, sắn, mía, đậu nành, cọ, hạt cải… Tuy làm giảm đáng kể khí CO2 phát thải so với nhiên liệu hóa thạch, nhưng NLSH đầu tiên không thực sự phát triển bền vững, do nguyên liệu làm ra lại là nguồn lương thực cho con người và gia súc, bên cạnh đó, quỹ đất trồng trên thế giới sẽ không đáp ứng đủ.
Không hài lòng với những đặc điểm của NLSH đầu tiên, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu ra NLSH thứ hai được phát triển dựa vào lignocellulosic của các loại cây không phải là cây lương thực và có thể trồng ở các vùng đất cằn cỗi, hoang hóa (ví dụ như cây cỏ ngọt có tên là sweetgrass và cây cọc rào tên là jatropha). Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH thế hệ 2 rất phong phú, sẵn có tùy thuộc ở từng địa phương, tuy nhiên, việc sản xuất nhiên liệu này vẫn chưa thực sự có hiệu quả kinh tế do các rào cản về mặt kỹ thuật chế biến. Hai loại nhiên liệu điển hình của NLSH thế hệ 2 là cellulosic ethanol and Fischer-Tropscher fuels đều chưa được sản xuất đại trà. Tuy vậy, có thể thấy rõ NLSH thế hệ 2 giảm rõ rệt phát thải khí CO2, không cạnh tranh với cây lương thực và có thể cạnh tranh được với xăng và dầu có nguốc gốc từ dầu mỏ trong tương lai nếu có các đột phá trong công nghệ.
Hiện nay, NLSH thế hệ thứ 3 sản xuất từ vi tảo cũng đang được tập trung nghiên cứu. Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ giống như một mũi tên bắn trúng hai đích: vừa tạo ra năng lượng, vừa làm sạch môi trường. Mỗi tế bào nhỏ là một nhà máy sinh học nhỏ, sử dụng quá trình quang hợp để chuyển hóa CO2 và ánh sáng mặt trời thành năng lượng dự trữ trong tế bào và tạo ra sản phẩm thứ cấp có giá trị cao. Hoạt động chuyển đổi của chúng hiệu quả đến mức sinh khối của chúng có thể tăng gấp nhiều lần trong ngày. Ngoài ra, trong quá trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu ngay trong tế bào của chúng, nhiều gấp 30 lần lượng dầu từ đậu nành trên cùng một đơn vị diện tích. Tảo còn có thể tăng khả năng sản xuất dầu bằng cách bổ sung khí CO2 trong quá trình nuôi trồng chúng hoặc sử dụng các môi trường giàu chất hữu cơ (như nước thải) để nuôi trồng. Điều này vừa tạo ra NLSH, vừa làm giảm lượng CO2, cũng như làm sạch môi trường. Hiện nay, NLSH được dùng chủ yếu trong ngành vận tải là ethanol sinh học (thay thế một phần xăng), diesel sinh học (thay thế một phần diesel dầu mỏ) và NLSH được phát triển từ tảo – thế hệ NLSH thứ ba đang được quan tâm nghiên cứu.
Phát triển nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
Ở Việt Nam, từ năm 2009, Chính phủ đã bắt đầu thực hiện Chương trình quốc gia về phát triển NLSH đến 2015 và tầm nhìn đến 2025. Chương trình gồm một số dự án như các dự án về xây dựng Nhà máy sản xuất ethanol sinh học từ sắn, mía do PetroVietNam chủ trì đã được khởi công. Theo kế hoạch đến năm 2011, sẽ có 5 nhà máy sản xuất ethanol từ sắn sẽ được xây dựng với công suất thiết kế 365.000 tấn/năm, có khả năng sản xuất 7.3 x 106 tấn xăng E5.
Cùng trong năm 2010, chương trình nghiên cứu Quy trình công nghệ nuôi trồng và sản xuất vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất NLSH đã được phê duyệt. Chương trình kéo dài 3 năm từ 2009 - 2011, do Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam chủ trì. Cho đến nay, chương trình đã và đang thực hiện các nội dung nghiên cứu như:
- Sàng lọc các chủng/loài vi tảo (cả nước mặn và nước ngọt) trong tập đoàn giống của Việt Nam có hàm lượng carbonhydrate (làm nguyên liệu cho ethanol) hoặc giàu lipid và có thành phần axit béo phù hợp (làm nguyên liệu cho diesel sinh học). Kết quả sàng lọc đã cho thấy một số loài thuộc chi Tetraselmis, Nannochloropsis, Chlorella và một số loài vi tảo dị dưỡng khác là tiềm năng để trở thành nguồn nguyên liệu cho sản xuất NLSH ở Việt Nam.
- Nuôi trồng và thu sinh khối một số loài tảo lựa chọn được trên qui mô lớn, cả ở hồ và hệ thống bioreactor kín.
- Nghiên cứu giảm giá thành sản xuất sinh khối thông qua tối ưu hóa các quá trình nuôi trồng, thu hoạch sinh khối, nhằm tạo ra nguyên liệu từ vi tảo có giá cạnh tranh so với các loại nguyên liệu khác.
- Kết hợp sản xuất sinh khối và xử lý nước thải từ các làng nghề truyền thống hoặc hấp thụ khí thải CO2 từ các nhà máy điện. Tối ưu hóa quá trình kết hợp này vừa giảm giá thành sinh khối, vừa giải quyết vấn đề môi trường.
- Phát triển quy trình chuyển hóa từ sinh khối tảo thành dầu tảo, sau đó thành diesel sinh học.
Trong xu thế chung của thế giới, NLSH được sản xuất từ sinh khối tảo có một tiềm năng lớn và đang được tập trung nghiên cứu phát triển. Theo các chuyên gia nghiên cứu về NLSH của Việt Nam, chúng ta có nguồn quỹ gen vi tảo rất tiềm năng, có khả năng tìm kiếm và ứng dụng để tạo ra nguồn sinh khối cao có hàm lượng dầu tảo cao. Ngoài ra, với điều kiện địa lý phù hợp và bờ biển dài hơn 3.000 km, Việt Nam còn có tiềm năng lớn trong việc sản xuất NLSH từ sinh khối tảo, góp phần vào bảo đảm an ninh năng lượng cho đất nước.