Trần Đăng Hồng, PhD
Xăng sinh học
Nhiên-liệu-sinh-học (Biofuel hay Agrofuel) là
loại chất đốt tái tạo sản xuất từ nguyên liệu động thực vật gọi là
sinh-khối (biomass).
Khuynh hướng sản xuất xăng-sinh-học đang trên đà
phát triển, vì nhiều lý do: (i) giá xăng-cổ-sinh ngày càng mắc; (ii)
trử lượng dầu hoả ở các mỏ dầu có giới hạn và sẽ kiệt quệ trong
tương lai (khoảng năm 2100); (iii) nhiều quốc gia muốn tuỳ thuộc ít
vào việc nhập cảng nhiên liệu cổ sinh trong khi quốc gia họ có khả
năng sản xuất nhiên liệu thay thế, và (iv) bị áp lực chính trị phải
giảm lượng khí CO2 sa thải để phù hợp với Thoả hiệp Kyoto
(1997) quy định. Nhưng sản xuất và sử dụng xăng-sinh-học có phải là
một biện pháp hửu hiệu để cứu vản tai hoạ khí hậu toàn cầu không?
LỊCH SỬ
Nhiên-liệu-sinh-học ở thể rắn (gổ, củi, than củi,
phế thải thực và động vật, v.v.) đã được loài người sử dụng từ khi
khám phá ra lửa. Khi phát minh ra động-cơ-hơi-nước (steam engine) và
máy-phát-điện, nhiên-liệu-sinh-học thể rắn (gổ) được sử dụng một
thời để phát triển kỹ nghệ ở thế kỷ 18 và 19, và gây nhiều ô nhiểm.
Ở Việt Nam, xe lưả chạy bằng đốt gổ cho tới khoảng 1956, mới thay
thế bằng động cơ diesel. Ngày nay có khoảng 2 tỷ dân đốt
nhiên-liệu-sinh-học ở thể rắn như gổ, củi, trấu, mạc cưa, rơm rạ, lá
khô, v.v. Mặc dầu chứa carbon-tái-tạo, nhưng cho nhiều khói, tro bụi,
bù hóng nên làm ô nhiểm môi trường.
Động cơ nổ đầu tiên trên thế giới do
Nikolaus August Otto (người Đức)
thiết kế sử dụng nhiên-liệu-sinh-học thể lỏng là rượu cồn – ethanol,
Rudolf Diesel (người Đức)
phát minh động cơ Diesel thiết kế chạy bằng dầu-đậu-phộng (groundnut
oil), và Henry Ford (Mỹ) thiết kế xe hơi chạy bằng dầu-thực-vật (từ
1903 đến 1926) chế biến từ dầu chứa trong hạt và thân cây cần sa
(hemp - Cannabis sativa).
Từ khi khám phá ra nhiên-liệu-cổ-sinh (than đá,
dầu hoả, khí đốt) thì ngành kỹ nghệ sử dụng nhiên-liệu-cổ-sinh, vì
có hiệu quả kinh tế hơn. Tuy nhiên mỗi khi có chiến tranh, bị địch
phong toả khó chuyển vận dầu, hay thế giới có khủng hoảng chính trị,
kinh tế, và để không tuỳ thuộc vào dầu hoả nhập cảng (từ Trung Đông),
khuynh huớng sử dụng xăng-sinh-học lại bột phát trong những thời kỳ
này. Chẳng hạn, Đức và Anh Quốc sản xuất xăng-sinh-học từ khoai tây
và lúa mì trong thời kỳ Đệ nhị Thế Chiến. Khủng hoảng xăng dầu năm
1972 do khối OPEC gây ra, làm một số quốc gia có chủ trương tự túc
nhiên liệu bằng cách sản xuất xăng-sinh-học từ tiềm năng nông nghiệp
đồ sộ của mình. Brazil tiêu biểu cho chính sách này.
Kể từ 2000, các quốc gia trên thế giới lần lượt
thật sự tuân thủ Thoả hiệp Rio de Janeiro (1992), rồi Kyoto (1997),
tìm kỹ thuật hạn chế sa thải khí nhà kiến (CO2, methane,
N2O, v.v.) của nhiên-liệu-cổ-sinh, thay thế bằng
năng-lượng-xanh (green energy như năng lượng mặt trời, gió, thuỷ
điện, v.v.), nên nhiên-liệu-sinh-học đang trên đà bột phát.
XĂNG-SINH-HỌC
Xăng-Ethanol
(E) thông dụng nhất hiện nay trên thế giới vì dể dàng biến chế từ
đường (sugar - của mía, củ cải đường, sorgho-đường) và tinh bột
(starch – của ngủ cốc, khoai tây, khoai mì).
Ethanol (C2H5OH)
99.9% có thể chạy động cơ xe-hơi-chạy-bằng-xăng. Khi cháy, một phân
tử ethanol sinh một nhiệt lượng 1409 kJ. Tuy nhiên, Ethanol chứa 33%
năng lượng ít hơn xăng-cổ-sinh, nên cần nhiều ethanol hơn để xe chạy
cùng một đoạn đường. Vì vậy, xe phải có bình chứa nhiên liệu lớn hơn.
Thông thường, máy xe hơi chạy hiệu nghiệm với E15 (xăng pha 15%
ethanol). Xăng-chứa-ethanol chứa nhiều octane hơn xăng thường nên
động cơ mau nóng hơn, máy cũng mau hao mòn hơn, nhất là các vòng đệm
cao su. Bất lợi của Ethanol là hút ẩm nên xăng-ethanol có chứa nhiều
nước, làm máy khó “đề”, làm rỉ sét kim loại, hư mòn chất nhựa
(plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ, phải bảo
trì xe thường xuyên. Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc
biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường (bồn đặc biệt,
đắc hơn, khoảng £120,000/xe bồn xăng ở Anh – USD 200,000), nên cuối
cùng tổn phí cao (tại Anh, tổn phí sản xuất khoảng 35 pence/lít – 60
cents/lít). Nói tóm lại, nếu tính từ lúc canh tác cây, phân bón,
thuốc sát trùng, tưới nước, thâu hoạch, lên men, chưng cất cho tới
khi sử dụng, biến cải xe hơi, v.v. thì chạy xe bằng xăng-ethanol tốn
kém hơn chạy bằng xăng thường.
Ngày nay mọi hiệu xe hơi đều có
thể chạy xăng-ethanol E10 (xăng thường pha 10% ethanol), tuy nhiên
để bảo đảm máy móc, khuyến cáo nên dùng xăng-ethanol E5 (Xăng pha 5%
ethanol). Một vài loại động cơ xe hơi cải biến sử dụng xăng-ethanol
E85 như ở Brazil. Cách đây một năm (2007), các trạm bán xăng thuộc
một hệ thống siêu thị lớn ở Anh đã lầm lẩn bơm xăng-ethanol E85 vào
các trạm bán xăng thông thường, làm cháy hỏng máy mấy ngàn chiếc xe
hơi và phải bồi thường cho khách hàng.
Xăng pha với ethanol thải ít
khí nhà kiến hơn xăng thường. Chẳng hạng E85 sa thải 1 ppm khí NO2
trong khi xăng-cổ-sinh thải 9 ppm. Nguy cơ bị ung thư ít hơn khi thở
phải khí sa thải của xăng-sinh-học.
Butanol
(C4H10O)
cho nhiều năng lượng hơn ethanol và có thể đổ thẳng vào bình xăng xe
mà không cần biến chế gì thêm. Chế biến từ dầu mỏ, hay từ lên men
nguyên liệu sinh-khối do vi khuẩn Clostridium
acetobutylicum.
Methanol
(CH3OH),
còn gọi methyl-alcohol được điều chế từ khí methane (CH4)
của khí đốt của mỏ dầu. Methanol cũng được biến chế từ chất hửu cơ
động thực vật qua phương pháp đun trong bình kín (không có oxy và
hơi nước) ở nhiệt độ cao (pyrolysis).
Diesel-sinh-học:
Theo phòng thí nghiệm Năng Lượng Tái Tạo Hoa Kỳ (U.S. National
Renewable Energy), đốt diesel-sinh-học thải 50% carbon monoxide (CO)
và 78% carbon dioxide (CO2) ít hơn diesel. Cũng không có
sa thải Sulphur SO2.
Diesel-sinh-học có những đặc
tính vật lý tương tự diesel, thành phần hoá học chánh là acít béo -
Fatty acid methyl (hay ethyl) ester.
Diesel-sinh-học chứa ít năng lượng hơn, nhiệt độ bắt cháy là 150°C,
trong khi diesel là 70°C.
Dầu-thực-vật khi hun nóng thì
trở nên lỏng, nhờn hơn, nên có thể chạy máy diesel. Dầu-thực-vật
trích từ các thực vật chứa nhiều dầu như hột cải-dầu (Oil seed
rape), dừa dầu (oil palm), dừa (coconut), đậu nành (soyabean), đậu
phộng (groundnut), bông vải (cotton), hạt cao su (rubber), hướng
dương (sunflower), cây và hột cần sa (hemp, Cannabis sativa),
v.v. Tảo và trái dầu-lai (Jatropha curcas) là những nguồn
dầu-thực-vật quan trọng mới ngày nay.
Thông thường, để cho động cơ an
toàn, diesel-sinh-học được pha với diesel. Tuy nhiên, các
loại dầu ăn tinh khiết bán trên thị trường, hay đã sử dụng, đều có
thể thay thế diesel để chạy động cơ diesel loại củ (chỉ cần thay thế
bộ phận bơm injection). Hiện nay nhiều loại xe hơi hiện đại có động
cơ chạy được với dầu-ăn nguyên chất, hay diesel-sinh-học 100%. Chẳng
hạn, động cơ xe hơi MAN
B &W Diesel, Wartsila và Deutz AG có thể chạy từ dầu ăn nguyên chất.
Dầu đã sử dụng (từ trong các tiệm Fast Food) chỉ cần lọc cặn và loại
phần nước (do thức chiên xâm nhập) thì chạy được xe hơi. Xe Đức
Volkswagen cũng chạy được với diesel-sinh-học 100%. Tuy nhiên, các
hảng làm xe hơi khuyến cáo là nên pha 15% diesel-sinh-học với 85%
diesel để xe ít bị hao mòn. Các nước Âu Châu hiện nay bán diesel pha
5% diesel-sinh-học ở mọi trạm xăng.
Ở Hoa Kỳ, hơn 80% xe vận tải và
xe bus đều chạy bằng diesel-sinh-học, và càng ngày sử dụng
diesel-sinh-học càng gia tăng, 25 triệu gallons năm 2004, 78 triệu
gallons năm 2005, và khoảng 1 tỷ gallons vào 2007. Xe chở hàng và xe
bus ở Âu châu đều chạy bằng diesel-sinh-học.
PHƯƠNG PHÁP BIẾN CHẾ XĂNG-SINH-HỌC
Trên nguyên tắc, bất cứ chất
vật liệu sinh học nào chứa nhiều Carbon, hoặc dưới dạng đường, tinh
bột, cellulose đều có thể chế biến thành ethanol, hoặc chứa nhiều
acit béo thì chế biến diesel-sinh-học được. Thông thường nhất là từ
thực vật có khả năng quang-tổng-hợp – biến CO2 của khí
quyển thành chất đường, tinh bột, cellulose, rồi protides, lipids,
v.v. Trung bình cứ mỗi phân tử CO2 cây hấp thụ và biến
chế qua quang-tổng-hợp thành sinh-khối chứa 114 kilocalories. Khó
khăn kỹ thuật hiện tại là làm sao biến toàn thể năng lượng C chứa
trong sinh-khối thành xăng-sinh-học. Với kỹ thuật hiện nay (cổ điển),
có 2 phương thức hửu hiệu:
(i) Cho lên men (nhờ men và
enzymes trong điều kiện yếm khí) chất đường (từ mía, củ cải
đường, v.v.), tinh bột [từ hạt ngủ cốc (bắp, lúa, lúa mì,
v.v.) và củ (khoai tây, khoai mì, v.v.)], hay cellulose để
tạo ra rượu Ethanol (CH3OH),
Propanol [CH3CH2CH2OH; (CH3)2CHOH]
và Butanol (C4H10O).
(ii) Trích dầu từ thực
vật giàu chất dầu, hay mở từ động vật (ép với áp suất cao và nhiệt,
hay bằng dung môi, hay phối hợp cả hai).
Về phương diện kỹ thuật (và
kinh tế), chia làm 3 loại nguyên liệu:
Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ
1: chế biến từ
đường (mía, củ cải đường, sorgho-đường) và tinh bột của
nông phẩm (từ hạt của bắp, lúa mì, lúa, v.v., hay từ củ
như khoai tây, khoai mì, v.v.) để tạo ethanol; hay từ dầu
(của hạt dừa-dầu, đậu nành, đậu phộng, v.v.) để biến chế
diesel-sinh-học. Kỹ thuật đơn giản và kinh tế nhất.
Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ
2: từ cellulose,
chất xơ của dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gổ, mạt cưa, bả
mía, v.v.), hay thực-vật-hoang (non-crop) (như cỏ voi, vetiver, lục
bình). Chẳng hạn, một ha mía cho khoảng 25 tấn bả mía (bagasse, xác
mía sau khi ép), và mỗi tấn bả mía sản xuất 285 lít ethanol. Kỹ
thuật hiện nay chưa hoàn hảo, hiệu năng còn kém, con men chưa hửu
hiệu và giá đắt, chỉ một phần cellulose và lignin biến thành
ethanol, nên giá thành sản xuất còn cao.
Công nghệ xăng-sinh-học thế hệ
3: từ tảo (algae),
kỹ thuật đang phát triển.
Biến chế Ethanol
Biến chế từ đường.
Kỹ thuật dể dàng, hiệu năng cao, và ít tổn phí nhất là cho lên men
(yếm khí) từ đường, hay nước mật (molasse), hay trực tiếp từ nước
mía ép, hay nước củ-cải đường ép, như theo lối thủ công hay công
nghiệp xưa nay. Ngày nay đã tuyển chọn được nhiều dòng men hửu hiệu,
biến đường thành nhiều rượu hơn. Mặc dầu tổn phí biến chế thấp,
nhưng đường, và cả phụ phẩm nước mật, là thức ăn của người và gia
súc, có giá cao, nên ethanol biến chế từ đường có giá thành cao hơn
ethanol sản xuất từ tinh bột. Theo lý thuyết, cứ 1 tấn đường sucrose
sản xuất được 678 lít ethanol, tuy nhiên hiệu năng cao nhất hiện nay
là 587 lít. 1 tấn đường đen cho 562 lít ethanol, 1 tấn đường cát cho
587 lít. Thân mía chứa khoảng 10-15% đường sucrose, thân cây
sorgho-đường khoảng 15-23% sucrose, còn củ-cải-đường khoảng 16-18%
sucrose. Trung bình, tại các nhà máy đường ở Hoa Kỳ, cứ sản xuất 100
kg đường thì cho ra 25 lít nước mật (molasse), nước mật có độ đường
49.2%.
Tại Hoa Kỳ, trung bình cứ 1 tấn
mía (thân) sản xuất được 81 lít ethanol, 1 tấn nước mật (molasse)
cho 289 lít ethanol. Năng xuất mía trung bình toàn quốc ở Hoa Kỳ là
65 tấn/ha, cho khoảng 3.90 tấn đường. Riêng tại Hawaii năng xuất
tới 170 tấn thân mía/ha (vì mùa trồng dài hơn). Với các giống mía
“di-truyền-biến-cải” (GM, genetically modified) tại Brazil, năng
xuất tới 240 tấn mía/ha, với độ đường 14.6%. Năng xuất mía tại Việt
Nam khoảng 35 đến 50 tấn mía/ha. Trung bình 1 ha mía tại Brazil sản
xuất được 5,600 lít ethanol, 1 ha củ-cải-đường tại Pháp sản xuất
6,700 lít ethanol, và 1 ha bắp ở Hoa Kỳ sản xuất 3,000 lít ethanol.
Năng xuất mía và đường ở Brazil tăng gấp đôi trong thời gian 30 năm
1975-2005, nhờ trồng giống cải thiện, nhất là các giống mía
“biến-cải-di-truyền” ngày nay.
Biến chế từ tinh bột.
Để biến chế ethanol từ tinh bột, tinh bột trước hết phải được điều
chế thành đường, rồi từ đó mới lên men rượu. Hạt bắp chứa khoảng
70-72% tinh bột, hạt sorgho khoảng 68-70%, gạo 70-80%. Muốn vậy, hạt
ngủ được xay nghiền thành bột, pha với nước, nấu ở 70°C
(để biến thành đường) rồi nấu chín ở 100-110°C
(vừa diệt trùng vừa thêm đường), để nguội rồi trộn men, cho lên men
48 giờ ở nhiệt độ 36°C.
Men dùng thường là vi nấm Saccharomyces
cerevisiae,
Aspergillus oryzae, Mucor,
Rhizopus, vi khuẩn
Zymomonas mobilis.
Sau đó, dùng máy ly tâm tách rời chất hèm để làm thức ăn gia súc.
Phần chất lỏng, có độ cồn (rượu) 5-15%, được chưng cất ở lò chưng
nhiều tầng để tăng độ cồn.
Để đạt độ cồn 99.9%, trước đây dùng benzene và cyclohexane (đắc
tiền, không tái sử dụng được, và độc gây bịnh) để loại nước. Kỹ
thuật ngày nay dùng “chất sàng phân tử” (molecular sieve, như silica
gel, zeolite, hút thấm nước nhưng không hút rượu, vì rượu có phân tử
lớn hơn) thay thế, rẻ tiền và hiệu quả hơn. Việt nam có mỏ Zeolite
(một loại sét) ở vùng Lâm Đồng.
Một kỹ thuật mới được áp dụng
hiệu quả hơn, không cần phải nấu tinh bột (tiết kiệm năng lượng) là
sử dụng một loại men (yeast) mới, giúp lên men biến tinh bột thành
đường ở nhiệt độ 32°C.
Trung bình, cứ 1 tấn bắp sản
xuất được 409 lít ethanol.
Biến chế từ
chất xơ. Nói chung
đó là cellulose, hemicellulose, lignin trong thân lá, rơm rạ, trấu,
gổ, v.v. Cellulose là đường polysaccharide, có công thức
(C6H10O5)n,
mà số n biến thiên từ 7,000 đến trên 15,000 phân tử glucose.
Hemicellulose cũng là đường polysaccharides chứa khoảng 200 đơn vị
đường, là thành phần của màng tế bào thực vật. Cây thực vật chứa
khoảng 33% cellulose, gổ khoảng 50%, riêng sợi bông vải (cotton)
90%. Động vật ăn cỏ, mối (termite) tiêu hoá được cellulose nhờ vi-sinh-vật
sống cọng sinh trong bao tử (như Cellulomonas), một số vi
khuẩn có khả năng biến cellulose ra đường, nhờ chúng sản xuất enzyme
cellulase biến cellulose ra đường.
Vì vậy, để biến
cellulose thành rượu, bắt chước theo bộ tiêu hoá của động vật ăn cỏ
và mối, trước hết phải biến hoá cellulose ra đường đơn giản như
hexose, pentose, bằng thuỷ phân (hydrolysis) nhờ một số acid (như
trong dịch vị) và enzyme cellulase. Hemicellulose tương đối dể dàng
biến thành đường-chứa-5C như Xylose (C5H10O5),
nhưng xylose không biến chế thành ethanol được. Cũng vậy, với kỹ
thuật hiện tại, chưa có cách biến lignin ra ethanol. Vì vậy trước
tiên phải loại lignin và hemicellulose, chỉ còn lại thành phần
cellulose. Loại lignin bằng sulfuric acid đậm đặc, hay bằng đun sôi
trong nước với sodium carbonate, hay butanol. Cellulose sau đó cho
lên men với cellulase ở nhiệt độ khoảng 71°C
trong vài ngày để biến thành đường.
Hiện tại, sản
xuất enzyme cellulase để biến cellulose thành đường khá phức tạp,
tốn kém, chiếm khoảng 40% chi phí sản xuất rượu vì gồm 3 loại
cellulases:
(i) Endo-p-glucanase, 1,4-ß-D-glucan
glucanohydrolase, CMCase, phá huỷ các cầu của chuổi cellulose để
biến thành đường glucose và oligo-saccharide.
(ii)
Exo-P-glucanase, 1,4-ß - D-glucan cellobiohydrolase, Avicelase, C1:
biến thành đường cellobiose (C12).
(iii)
ß-glucosidase, cellobiase: thuỷ phân đường cellobiose thành glucose.
Vi nấm
Trichoderma sản xuất nhiều
endo-ß-glucanase và exo-ß-glucanase, nhưng rất ít ß-glucosidase,
ngược lại Aspergillus sản xuất nhiều endo-ß-glucanase và
ß-glucosidase, nhưng ít exo-ß- glucanase. Vì vậy, muốn có nhiều
hiệu quả phải tuyển chọn nhiều dòng nấm. Kết quả cho biết dòng nấm
Trichoderma reesei QM-9414 có hiệu quả tốt nhất trong việc
biến cellulose thành đường. Trong số dòng này, tuyển chon lại thành
dòng KY-746. Phương pháp sản xuất enzyme
cellulase từ men Trichoderma reesei
dòng KY-746 hửu hiệu và tương đối rẻ tiền và được sử dụng hiện nay.
Ngày nay nhiều công ty sản xuất men rượu dùng kỷ thuật
“biến-cải-di-truyền” tạo được nhiều dòng men sản xuất enzyme
cellulase, xylanase và hemicellulase.
Nguyên liệu
chứa nhiều thành phần cellulose như bả mía (41% là cellulose), rơm
lúa (35%), gổ (40-50%) được thái nhỏ trước khi khử với NaOH (nồng độ
khoảng 1 – 1.2 N) ở nhiệt độ 45°C
trong 24 giờ, tiếp theo là rửa trong nước ấm để loại chất lignin.
Dung dịch cellulose được cho lên men với Trichoderma reesei
để biến cellulose thành đường.
Hiệu năng biến chế thành rượu
ethanol từ chất xơ còn kém, chưa có hiệu quả kinh tế nhiều ở kỹ
thuật hiện nay, vì sản xuất cellulase còn rất mắc, thời gian lên men
lâu nên dể bị nhiểm trùng làm hư cả bồn lên men.
Để tăng hiệu quả lên men biến
các thành phần cellulose, lignin trong nguyên liệu thực vật thành
xăng-sinh-học, các nhà vi sinh học đã thành công cấy vào bộ máy di
truyền (genome) của vi khuẩn
Escherichia coli
thêm 2 gen của vi khuẩn
Zymomonas mobilis
để giúp lên men chất đường và tinh bột thành ethanol, và một gen của
vi khuẩn Acinetobacter baylyi để biến chất dầu trong thực vật
thành diesel-sinh-học.
Với kỹ thuật hiện tại, biến rơm
rạ của lúa và ngủ cốc ra xăng-sinh-học chưa kinh tế. Các nhà khoa
học Đài Loan thành
công trong phòng thí nghiệm biến chế ethanol từ rơm lúa, cứ mỗi 10
kg rơm rạ lúa biến chế được 2 lít alcohol 99.5% để pha làm
xăng-sinh-học (Taipei Times, 19/2/2008),
nhưng phải mất vài năm nữa mới có thể sản xuất thương mại quy mô.
Các nghiên cứu ở Trung quốc cho thấy xăng-sinh-học sản xuất từ rơm
rạ mắc hơn xăng-cổ-sinh khoảng 250 USD/tấn. Ngày 14/1/2008, hảng
General Motors của Hoa Kỳ tuyên bố hợp tác với đại công ty sản xuất
ethanol Coskata để bắt đầu sản xuất quy mô ethanol từ thân bắp vào
cuối năm 2008, và kể từ 2011 sẽ sản xuất 50 – 100 triệu gallons/năm,
với giá 1 USD/gallon.
Biến chế diesel-sinh-học
Diesel-sinh-học
được chế chế biến từ dầu-thực-vật hay từ mở-động-vật bằng phương
pháp ester-hoá. Dầu-thực-vật (hay mở) được trộn với sodium hydroxide
(NaOH) và methanol (hay ethanol), cùng chất xúc tác (catalyst), phản
ứng hoá học xảy ra, cho diesel-sinh-học và glycerol. 1 phần glycerol
được sinh ra khi tạo được 10 phần diesel-sinh-học. Trước đây, chất
xúc tác lấy từ hoá chất của kỹ nghệ lọc dầu hoả, hay Acit sulphuric
(đắt tiền và không tái tạo được). Ngày nay, đã khám phá thêm nhiều
chất xúc tác mới hửu hiệu, rẻ tiền biến dầu thành nhiều diesel-sinh-học
hơn.
Điều chế Methanol
Điều chế rượu methanol từ khí methane (CH4)
của khí đốt dầu hoả hay methane-sinh-học. Một cách tổng quát, tất cả
nguyên liệu sinh-khối (biomas) đều chứa các nguyên tố chính Carbon
(C), Hydrogen (H), Oxy (O), Nitrogen (N), Sulfur (S).
Lên men yếm khí trong lò ủ, chất hửu cơ huỷ hoại
thành khí methane (CH4):
CHONS + H2O
®
CH4 + CO2 + H2 + H2O +
NH4 + HS
Khí methane sản xuất từ lò ủ yếm khí chiếm khoảng
65% và CO2 khoảng 35% thể tích. Sau đó, methane được
tổng hợp thành ethanol, hay methanol.
Trong sản xuất kỹ nghệ, khí
methane phản ứng với hơi nước ở áp suất 10-20 atmospheres (1-2 MPa)
và 850°C
với Nickel làm chất xúc tác sẽ cho ra Hydrogen và Carbon monoxide:
CH4+ H2O → CO + 3 H2
Với một chất xúc tác khác (gồm
hợp chất đồng, oxit kẻm và nhôm), ở áp suất 50-100 atmospheres (5-10
MPa) và 250°C,
tổng hợp Hydrogen và Carbon monoxide tạo thành methanol:
CO + 2 H2 → CH3OH
Với kỹ thuật này cũng sản xuất
được khí Hydrogen rẻ tiền, cũng là một nhiên-liệu-thể khí.
Một phương pháp khác là
công-nghệ-khí-hoá (gasification), phân hủy nhiệt nhiên liệu khối rắn
để tạo ra nhiên liệu khí, dựa trên biến đổi
plasma. Đun chất hửu cơ ở nhiệt độ rất cao, trong điều kiện không có
oxy, để phá huỷ các “cầu nối” (bond) của phân tử hửu cơ thành
“khí-tổng-hợp” (synthesis gas, syngas), rồi dùng các khí này biến
chế ethanol hay diesel-sinh-học. Trong trường hợp rác-gia-cư, dùng
nhiệt độ cao (250°C)
với áp suất thật cao (40 MPa hay 400 atmospheres) đủ để sản xuất
khí-tổng-hợp. Chẳng hạn, cứ mỗi 10 kg vỏ-bánh-xe-hơi củ tạo được
15.4 lít ethanol.
Một khám phá mới của Đại học Arkansas (Hoa Kỳ) cho
biết vi khuẩn kỵ khí Clostridium ljungdahlii trong bao tử gà
có thể biến khí chứa 1 C như methane (CH4), Carbon
monoxide (CO) của lò ủ yếm khí thành methanol.
NGUỒN NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT XĂNG-SINH-HỌC
Tất cả thực vật quang-tổng-hợp
đều có thể biến chế thành xăng-sinh-học.
Cây nông phẩm
chứa đường gồm mía, củ cải đường, sorgho-đường; nông phẩm
chứa tinh bột gồm hạt ngủ cốc như lúa mì, lúa, bắp,
sorgho, v.v.; củ như khoai tây, khoai mì, khoai lang.
Mía có hiệu quả kinh tế nhất vì cho năng xuất
thân (khoảng 170-200 t/ha ở Brazil, 80-100 t/ha ở Úc, Việt Nam
khoảng 35-50 t/ha), biến chế ethanol thẳng từ nước ép, bả mía dùng
làm năng lượng chạy máy ép và chưng cất ethanol. Mía sản xuất trung
bình 15,500 lít ethanol/ha/năm, và cứ 1 tấn chất khô mía sản xuất
được 438 lít ethanol. Brazil sản xuất ethanol chính từ mía.
Sorgho-đường hiện được ưa chuộng hơn mía ở một số vùng nhiệt đới khô
hạn, có hiệu quả kinh tế hơn mía. Sorgho-đường canh tác ở Hoa Kỳ cho
28,500 lít ethanol/ha/vụ-4-tháng.
Nông phẩm
chứa dầu như đậu nành (sản xuất 379 kg dầu/ha/năm, hay 450
lít dầu/ha/năm), đậu phộng (sản xuất 887 kg dầu/ha/năm), hột-cải-dầu
(hột chứa 55% dầu; sản xuất 999 kg dầu/ ha/năm, hay 1,188 lít/ha/năm),
hạt bắp (140 lít dầu/ha/năm), v.v.
Cây kỹ nghệ
cho dầu như dừa-dầu (oil palm, sản xuất 7,061 kg dầu/ha/năm),
dừa (coconut, sản xuất 2,260 kg dầu/ha/năm), cây dầu-lai (Jatropha
curcas, sản xuất 1,588 kg dầu/ha/năm), thầu dầu (castor bean,
sản xuất 1,188 kg dầu/ha/năm), hướng dương (sunflower, sản xuất 801
kg dầu/ha/năm, hay 954 l/ha/năm), safflower (556 l/ha/năm), v.v.
Thực vật hoang dại:
tảo (algae) nước ngọt, tảo biển, lục bình (Eichornia crassipes),
cỏ Vetiver, cỏ voi (elephant grass, Pennisetum purpureum, sản
xuất 13,700 lít ethanol/ha/năm), lác (Cyperus), cỏ tranh (Imperata
cylindrica), v.v.
Phó sản thực vật
từ sản xuất cây nông phẩm và cây kỹ nghệ: rơm rạ, bả mía, thân, gổ,
mạt cưa, trấu, hột cao su (sản xuất 217 kg dầu/ha/năm), hạt bông vải
(sản xuất 273 kg dầu/ha/năm.
Giấy phế thải:
1 tấn giấy củ sản xuất khoảng 416 lít ethanol.
Rác thành phố:
1 tấn rác sản xuất khoảng 227 lít ethanol.
Uế thải chuồng trại gia súc:
phân chuồng (tạo methane-sinh-học rồi chế methanol).
HIỆN TRẠNG XĂNG-SINH-HỌC TRÊN THẾ GIỚI
Mặc dầu xăng-sinh-học đắc hơn xăng-cổ-sinh, mọi
quốc gia trên thế giới đều dần dần chuyển hướng đến sử dụng
xăng-sinh-học, vì lý do chính trị muốn ít tuỳ thuộc vào Trung Đông,
vì tuân thủ theo quy ước Kyoto giảm sa thải khí nhà kiến và sức ép
của giới môi sinh, đồng thời phát triển nông nghiệp tạo công ăn việc
làm cho vùng thôn quê.
Brazil: Bắt nguồn
từ khủng hoảng dầu hoả 1972, Brazil có kế hoạch sản xuất
xăng-sinh-học, và hiện nay dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng
xăng-ethanol và diesel-sinh-học. Hiện tại (2006) Brazil đã có trên
325 nhà máy ethanol, và khoảng 60 nhà máy khác đang xây cất, để sản
xuất xăng-ethanol từ mía (đường, nước mật, bả mía), và bắp. Để sản
xuất diesel-sinh-học từ hạt cải-dầu và đậu nành, hiện có 10 nhà máy,
và 40 nhà máy khác đang xây cất.
Năm 2005, Brazil sản xuất 16 tỷ lít ethanol,
chiếm 1/3 sản xuất toàn cầu. Năm 2006, Brazil sản xuất được 17.8 tỷ
lít ethanol, dự trù sẽ sản xuất 38 tỷ lít vào năm 2013. Chính phủ
Brazil mới đây ra chỉ tiêu 2% diesel-sinh-học cho 2008, và 5% cho
năm 2013.
Ngày nay, diện tích trồng mía ở Brazil là 10.3
triệu ha, một nửa sản lượng mía dùng sản xuất xăng-ethanol, nửa kia
dùng sản xuất đường. Tiên đoán là Brazil sẽ canh tác 30 triệu ha mía
năm 2020. Vì lợi nhuận khổng lồ, các công ty tiếp tục phá rừng
Amazon để canh tác mía, bắp, đậu nành cho mục tiêu xăng-sinh-học vừa
tiêu thụ trong nước vừa xuất cảng. Giá xăng-ethanol được bán bằng
nửa giá xăng thường tại Brazil.
Hoa Kỳ: Hoa kỳ sản
xuất Ethanol từ hạt bắp, hạt sorgho và thân cây sorgho-đường, và củ
cải-đường. Khoảng 17% sản lượng bắp sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ dùng
để sản xuất ethanol. Hoa Kỳ đặt chỉ tiêu sản xuất E10 để cung cấp
46% nhiên liệu cho xe hơi năm 2010, và 100% xe hơi vào 2012. Hảng
General Motor đang thực hiện dự án sản xuất E85 từ cellulose (thân
bắp), và hiện có khoảng hơn 4 triệu xe hơi chạy bằng E85. Hảng
Coskata đang có 2 nhà máy lớn sản xuất xăng-ethanol. Hiện tại nông
dân Hoa Kỳ chuyển hướng sản xuất lúa mì và bắp cho xăng-sinh-học, vì
vậy số lượng xuất cảng hạt ngủ cốc giảm từ nhiều năm nay, làm giá
nông phẩm thế giới gia tăng Vì giá cả xăng-sinh-học còn cao hơn xăng
thường, chính phủ Mỹ phải trợ cấp, khoảng 1.9 USD cho mỗi gallon
(=3.78 lít) xăng-sinh-học, trợ cấp tổng cộng khoảng 7 tỷ USD/năm.
Canada:
Chỉ tiêu cho năm 2010 là 45% toàn quốc tiêu thụ xăng E 10.
Âu Châu: Cộng-đồng
Âu châu (EU) ra biểu quyết chung là mỗi quốc gia phải sản xuất cung
cấp 5.75% xăng-sinh-học vào năm 2010, và 10% năm 2020 cho nước mình.
Đức là nước tiêu thụ nhiều nhất
xăng-sinh-học trong cộng đồng Âu châu, khoảng 2.8 triệu tấn
diesel-sinh-học, 0.71 triệu tấn dầu-thực-vật (tinh khiết) và 0.48
triệu tấn ethanol. Công ty sản xuất diesel-sinh-học lớn nhất là
ADM Oelmühle Hamburg AG
(của Hoa Kỳ), kế đến là MUW (Mitteldeutsche Umesterungswerke GmbH &
Co KG) và EOP Biodiesel AG. Nguyên liệu chánh là củ cải-đường để sản
xuất ethanol, và dầu-cải và dừa-dầu (nhập cảng từ Mả Lai, Indonesia)
cho diesel-sinh-học.
Pháp là nước thứ
hai tiêu thụ nhiều ethanol-sinh-học trong cộng đồng Âu châu năm
2006, khoảng 1.07 triệu tấn ethanol và diesel-sinh-học. Công ty
Diester sản xuất diesel-sinh-học và Téréos sản xuất ethanol là 2 đại
công ty của Pháp.
Thuỵ Điển có chương
trình chấm dứt hoàn toàn nhập cảng xăng cho xe hơi vào năm 2020,
thay vào đó là tự túc bằng xăng-sinh-học. Hiện nay, 20% xe ở Thuỵ
Điển chạy bằng xăng-sinh-học, nhất là xăng-ethanol. Thuỵ Điển đang
chế tạo xe-hơi-lai vừa chạy bằng ethanol vừa bằng điện. Để khuyến
khích sử dụng xăng-sinh-học, chính phủ Thuỵ Điển không đánh thuế lên
xăng-sinh-học, trợ cấp xăng-sinh-học rẻ hơn 20% so với xăng cổ sinh,
không phải trả tiền đậu xe ở thủ đô và một số thành phố lớn, bảo
hiểm xe cũng rẻ hơn.
Vương quốc Anh: chỉ
tiêu 5% xe giao thông sử dụng xăng-sinh-học năm 2010. Hiện tại các
xe bus đều chạy xăng-sinh-học. Hảng Hàng Không Virgin (Anh quốc) bắt
đầu sử dụng xăng-sinh-học cho máy bay liên lục địa.
Các nước Âu châu nhập cảng dừa-dầu (oil palm) từ
Mả Lai và Indonesia để chế diesel-sinh-học.
Á Châu
Trung quốc: Năm
2005, Trung quốc sản xuất 920,000 tấn ethanol và khoảng 200,000 tấn
diesel-sinh-học. Chỉ tiêu sản xuất 4 triệu tấn ethanol và 2 triệu
tấn diesel-sinh-học vào năm 2010, và 300 triệu tấn ethanol vào 2020.
Hiện tại sản xuất xăng E10 ở 5 tỉnh phía nam,
cung cấp 16% nhiên liệu cho toàn xe hơi ở Trung quốc. Trung quốc
cũng trợ cấp khoảng 163 USD cho mổi tấn xăng-ethanol (nhưng không
trợ cấp diesel-sinh-học).
Vì giá cả nông phẩm gia tăng, và sợ thiếu thực
phẩm, hiện nay Trung quốc chỉ cho phép canh tác khoai mì,
sorgho-đường và một số hoa màu không quan trọng khác trên đất biên
tế (nghèo), không thích ứng sản xuất nông phẩm như ở Shangdong và
Xinjiang Uygur.
Hiện tại, Trung quốc có 2 nhà máy lớn là
Longyan Zhuoyue New Energy Development (thiết
lập năm 2001) và Xiamen Zhuoyue Biomass Energy Co. (thiết lập năm
2006),
cả 2 đều ở tỉnh Fujian nam
Trung quốc. Ngoài ra còn khoảng hơn 100 nhà máy quốc doanh nhỏ ở
Guizhou, Guangxi, Shandong, và
Anhui, với khả năng sản xuất từ 300 đến 600,000 tấn diesel-sinh-học/năm,
biến chế từ dừa-dầu (nhập cảng từ Mả Lai), hay từ dầu-ăn-phế-thải,
dầu hạt-cải (trồng ở thung lủng sông Hoàng Hà), dầu bông vải, dầu
trẩu (Aleurites moluccana), hạt dầu-lai (jatropha, trồng vùng
đồi núi ở Guizhou, Sichuan, và Yunnan trong chương trình xoá đói
giảm nghèo) và các phế thải hửu cơ khác.
Hàng năm, Trung quốc tiêu thụ khoảng 22 triệu tấn
dầu ăn trong kỹ nghệ thực phẩm, sa thải khoảng 4.5 triệu tấn dầu
đã-sử-dụng (sau khi chiên xào rồi) để chạy vào dây chuyền sản xuất
diesel-sinh-học.
Để tìm nguồn nguyên liệu khác, các nhà khoa học
Trung quốc nghiên cứu cho biết có 1553 loài cây rừng chứa nhiều dầu
có khả năng khai thác sản xuất diesel-sinh-học, trong đó là
Pistacia chinensis Bungo chứa 40% dầu trong thân mọc trên đồi
núi. Trung quốc cũng dự trù trồng 670,000 ha cây dầu-lai (jatropha)
để sản xuất diesel-sinh-học.
Ấn Độ: Chính phủ có
chính sách sử dụng xăng-ethanol E5 hiện nay, sẽ tăng lên E10 và E20
trong những năm tới. Ần Độ gia tăng diện tích trồng cây dầu-lai để
sản xuất diesel-sinh-học, và diện tích canh tác mía cho
xăng-ethanol.
Mả Lai và
Indonesia đã phá rừng canh tác thêm dừa-dầu (oil palm) để xuất
cảng dầu cho thị trường Âu châu, Hoa Kỳ và Trung quốc cho mục tiêu
sản xuất diesel-sinh-học. Hai quốc gia này dự trù cung cấp 20% nhu
cầu dầu cho kỹ nghệ diesel-sinh-học của Âu châu vào 2009. Chẳng hạn,
tại Tây Kalimantan thuộc Indonesia trong thập niên 1990s có nửa
triệu ha cây dừa-dầu, nay (2006) diện tích dừa dầu tăng lên hơn 3.2
triệu ha, và sẽ gia năng lên nữa trong tương lai. Indonesia có
chương trình phá rừng để gia tăng diện tích dừa-dầu toàn quốc lên 20
triệu ha. Liên Hiệp Quốc đã cảnh cáo Indonesia về việc phá rừng quy
mô này, và tiên đoán rằng 98% rừng Indonesia sẽ bị phá huỷ vào 2022
với đà phá rừng trồng dừa-dầu hiện nay.
Thái Lan. Từ năm
1985, Thái Lan đã bắt đầu nghiên cứu sản xuất xăng-sinh-học. Uỷ ban
Nhiên-liệu-sinh-học được thành lập năm 2001 để điều hành, và xăng
E10 đã bắt đầu bán ở các trạm xăng từ 2003.
XĂNG-SINH-HỌC CÓ THẬT SỰ LÀ CỨU TINH TRÁI ĐẤT?
Toàn cầu đang trên đà gia tăng nhiệt độ, lý do
chính là do gia tăng số lượng khí nhà kiến phóng thích vào khí quyển
do cuộc sống văn minh con người gây nên.
Lợi ích của xăng-sinh-học.
Đốt xăng-sinh-học sa thải 18-30% khí nhà kiến ít
hơn đốt xăng-cổ-sinh. Ngoài ra, số khí CO2 sa thải này
được cây hấp thụ lại để tái tạo xăng-sinh-học, như vậy coi như không
có làm gia tăng khí CO2 trong khí quyển. Tường trình của
Viện Nghiên Cứu EMPA Thuỵ Sỉ cho biết trong số 26 loại xăng-sinh-học
biến chế từ các nguồn nguyên liệu thực vật khác nhau có 21 loại xăng
thải 30% khí-nhà kiến ít hơn xăng-cổ-sinh. Đại học Minnesota cho
biết ethanol-sinh-học sản xuất từ bắp sa thải CO2 ít hơn
12% so với xăng, và diesel-sinh-học 41% CO2 ít hơn so với
diesel từ dầu mỏ. Ô nhiểm môi trường sẽ ít hơn, và sức khoẻ con
người nhờ vậy tốt hơn.
Biến chế xăng-sinh-học cần nguyên liệu thực vật
nên tạo nhiều công ăn việc làm mới cho nông dân. Trung quốc và Ấn độ
khuyến khích sản xuất xăng-sinh-học một phần nằm trong chương trình
xoá đói giảm nghèo ở các vùng đất khô cằn, không thích ứng trồng cây
lương thực.
Ngoài ra, đây cũng là cơ hội giúp khoa học tiến
nhanh, tiến mạnh trong nghiên cứu đi tìm năng-lượng-xanh hiệu quả
cho toàn cầu, thay thế năng lượng từ nhiên-liệu-cổ-sinh sẽ kiệt quệ
vào cuối thế kỷ này.
Bất lợi của xăng-sinh-học
Mặc dầu xăng-sinh-học sa thải ít khí-nhà-kiến hơn
xăng-cổ-sinh, tường trình của Viện Nghiên Cứu EMPA Thuỵ Sỉ cũng cho
biết là có 12 loại xăng-sinh-học có ảnh hưởng xấu trầm trọng vào môi
sinh thế giới hơn xăng-cổ-sinh, trong số đó là ethanol biến chế từ
bắp của Hoa Kỳ, từ mía của Brazil, diesel-sinh-học từ đậu nành của
Brazil và từ dừa-dầu của Mả Lai và Indonesia.
Nhà khoa học được giải thưởng Nobel là Paul
Crutzen cho biết lượng khí N2O thải từ đốt xăng-sinh-học
chế từ dầu-cải, dừa-dầu và bắp góp phần vào gia tăng nhiệt toàn cầu
còn mảnh liệt hơn đốt nhiên-liệu-cổ-sinh, bởi vì xăng-sinh-học thật
sự thải vào không khí nhiều khí-nhà-kiến hơn xăng-cổ sinh. Nếu chỉ
tính từ việc đốt xăng thì xăng-sinh-học quả thật cho ít khí-nhà-kiến,
nhưng nếu tính từ lúc sửa soạn đất đai, canh tác, phân bón, thuốc
sát trùng, tưới nước, thâu hoạch, chế biến, v.v. để thành
xăng-sinh-học, tất cả các khâu này đều cần rất nhiều năng lượng lấy
từ nhiên-liệu-cổ-sinh, thì sử dụng xăng-sinh-học, vừa đắt tiền hơn,
vừa sa thải nhiều khí-nhà-kiến hơn xăng-cổ-sinh, chưa kể tai hại
thảm khốc vào môi sinh khi phá thêm rừng Amazon của Nam Mỷ (để trồng
thêm mía và đậu nành), rừng nhiệt đới ở Đông Nam Á (để trồng dừa-dầu)
và Phi châu (bắp, sorgho), khai khẩn đất than-bùn ở Âu Châu (củ
cải-đường). Chẳng hạn, để sản xuất ethanol từ bắp ở Hoa Kỳ, người ta
tính rằng cần tới 35 % năng lượng nhiều hơn (kể từ khi gieo đến khi
thành ethanol) số năng lượng mà ethanol cho ra khi đốt. Trung bình,
để sản xuất được 1 lít
ethanol 95% từ bắp thì cần 1.1 lít xăng-cổ-sinh để canh tác và biến
chế. Tuy nhiên, số năng lượng để sản xuất
ethanol từ bắp này, thay vì lấy từ nhiên-liệu-cổ sinh, nay có thể
lấy từ nguồn năng lượng tái tạo khác như mặt trời, gió, hay
sinh-khối, v.v. Ngoài ra,
hiệu quả năng lượng chạy động cơ của diesel-sinh-học biến chế từ hạt
hướng-dương chỉ bằng 46% tổng năng lượng để tạo ra (kể từ lúc gieo
trồng). Năng lượng chế tạo ra diesel-sinh-học từ đậu nành (kể từ
gieo trồng) cao gấp 3.2 lần năng lượng cần để khai thác xăng-cổ-sinh.
Đại học Princeton (Hoa Kỳ) cũng cho biết
thay vì tiết kiệm 20% khí CO2 thải vào khí quyển, canh
tác bắp và phương pháp biến chế xăng-ethanol hiện nay thật sự làm
gia tăng gấp đôi khí-nhà-kiến sa thải (Science, 2008, Vol. 319, No.
5867, trang 1238-1240).
Xăng-sinh-học cạnh tranh với nông phẩm của người
và gia súc, làm giá nông phẩm gia tăng trên thị trường thế giới hiện
nay (khoảng 50% so với 3 năm trước đây), làm ảnh hưởng đến chăn nuôi
gia súc và tôm cá, làm cạn kiệt kho thực phẩm an toàn của thế giới.
Để có lợi nhuận nhiều, nông dân ở Hoa Kỳ và Âu châu chuyển hướng
giảm diện tích lúa mạch (barley, làm rượu bia, không lợi để làm
ethanol), đồng cỏ để trồng bắp, lúa mì, củ-cải-đường. Ngoài ra, vì
để sản xuất xăng-sinh-học các quốc gia giàu đã giảm viện trợ nông
phẩm thặng dư cho các nước nghèo đói. Chẳng hạn, trung bình hàng năm
Anh quốc sản xuất thặng dư 3.5 triệu tấn lúa mì, số lượng này đủ tạo
xăng-ethanol cung ứng 3.5% xăng tiêu thụ ở Anh quốc. Thay vì số lúa
mì này bán cho chính phủ trong chương trình viện trợ dân nghèo ở Phi
Châu như trước kia, nông dân bán cho các công ty sản xuất xăng-ethanol.
Chương trình viện trợ nông phẩm thặng dư của Hoa Kỳ PL 480 (Thực
phẩm cho Hoà bình, Food for Peace) cho các quốc gia nghèo cũng bị
ảnh hưởng tương tự.
Gia tăng phá rừng. Hiện nay, khoảng 12 triệu ha –
tức khoảng 1% diện tích canh tác toàn thế giới – được dùng sản xuất
xăng-sinh-học: mía và bắp để biến chế ethanol; dầu-hạt-cải (oil seed
rape) và dừa-dầu (oil palm) để biến chế diesel-sinh-học. Năng lượng
dùng canh tác phải tính từ lúc cày xới, máy gieo hạt, phân bón,
thuốc sát trùng, tưới nước, máy thâu hoạch, phơi sấy khô, lên men,
chưng cất v.v. Tổng số năng lượng này cao hơn năng lượng sinh ra từ
xăng-sinh-học. Ngoài ra, khi phá rừng, cày xới đất, chất hửu cơ
trong đất bị thiêu huỷ và lượng CO2 sa thải vào khí quyển
rất lớn.
Nghiên cứu của Đại Học Minnesota (Hoa Kỳ) cho
biết phá rừng nhiệt đới (như Brazil, Malaysia, Indonesia hiện nay),
biến cải đất than bùn và đồng cỏ (như Hoa Kỳ và Âu Châu hiện nay) để
canh tác cho mục tiêu xăng-sinh-học sẽ là một tai hoạ cho thế giới,
vì sẽ sa thải CO2 vào khí quyển từ 17 đến 420 lần nhiều
hơn số lượng của số xăng-cổ-sinh tương đương sa thải. Các nghiên cứu
gần đây cho biết cứ mỗi ha rừng nhiệt đới bị phá huỷ để trồng
dừa-dầu hay bắp hay đậu nành, khoảng 700 tấn CO2 phóng
thích vào không khí, và lượng CO2 tiết kiệm được từ sử
dụng xăng-sinh-học chỉ là một phần nhỏ, phải mất 300 đến 400 năm mới
huề vốn CO2 này (Science, 2008, Vol. 319, No 5867, trang
1235-1238).
Thế giới sẽ không còn đất để sản xuất nông phẩm,
bởi vì, giả sử rằng Hoa Kỳ muốn tự túc bằng sử dụng hoàn toàn
xăng-sinh-học, thì cần phải sử dụng 75% diện tích canh tác của toàn
thế giới để canh tác mới đủ xăng-sinh-học cho Hoa Kỳ.
Vì vậy, sản xuất xăng-sinh-học từ sản phẩm lương
thực của con người và gia súc, chuyển hướng lấy đất màu mở vốn trồng
cây lương thực, việc phá rừng, phá đồng cỏ, cải tạo đất than-bùn để
canh tác sản xuất nguyên liệu biến chế xăng-sinh-học, dùng
nhiên-liệu cổ-sinh để canh tác và biến chế xăng-sinh-học sẽ là tai
hoạ cho nhân loại chứ không phải là vị cứu tinh để thoát khỏi ám ảnh
hâm nóng toàn cầu.
Xăng-sinh-học thật sự là vị cứu tinh nếu
được biến chế từ các phế thải rác rến thành phố, dư thừa thực vật
(rơm, rạ,..), phó sản của nhà máy (mạc cưa, trấu, bả mía, ..), từ
thực vật hoang dại, hay thực vật được canh tác trên vùng đất biên tế
không thích ứng cho cây lương thực. Năng lượng để sản xuất và biến
chế xăng-sinh-học cũng phải “xanh”.
VIỆT NAM VÀ XĂNG-SINH-HỌC.
Trong thời kỳ Đệ nhị thế chiến, xe hơi ở Việt Nam
chạy ethanol chế biến từ gạo. Mặc dầu có nhiều mỏ dầu với trử lượng
rất khổng lồ (khoảng 600 triệu barrel ước tính năm 2006, 1 barrel
»
159 lít), nhưng Việt Nam phải nhập cảng xăng và diesel cho xe cộ và
kỹ nghệ còn phôi thai của mình. Chẳng hạn năm 2005, Việt Nam khai
thác được 32,4 triệu tấn than và 18,5 triệu tấn dầu thô, nhưng đã
phải nhập 11,45 triệu tấn xăng và diesel.
Trước trào lưu sử dụng xăng-sinh-học của thế giới,
Việt nam cũng đã bị lôi cuốn theo trào lưu này. Từ cả chục năm nay,
báo chí trong nước cũng thường đề cập đến việc phát triển
xăng-sinh-học trên thế giới, nhất là khi giá cả xăng dầu tăng vọt.
Tháng 7/2006 tại Sài Gòn, và tháng 10/2007 tại Hà Nội, hàng trăm nhà
khoa học và kinh doanh ở Việt Nam hội thảo chung quanh vấn đề
xăng-sinh-học. Qua các cuộc hội thảo này và báo chí trong nước vào
thời điểm này thì chính phủ Việt Nam chưa chuẩn bị gì cho chiến lược,
ngoài một số cá nhân chuyên gia và nhà kinh doanh có tầm nhìn xa,
chạy trước thời cuộc. Chẳng hạn, về nguyên liệu thì bàn về sử dụng
lúa gạo, mía đường, để tạo ethanol; cây dầu-lai (miền Bắc gọi là cây
dầu-mè – Jatropha curcas), mở cá ba-sa (khoảng 40,000 tấn/năm).
Hội thảo cũng cho biết 3 lý do chính chưa phát triển ngành
xăng-sinh-học là: (i) số lượng nguyên liệu sản xuất xăng-sinh-học là
tinh bột ngủ cốc, mật rỉ đường và mở cá ba-sa còn hạn chế; (ii) chưa
có đầu tư thích đáng vì chưa có hổ trợ của chính phủ, (iii) chính
phủ chưa có chính sách. Chung qui, các nhà khoa học và kinh doanh
đang mong chờ chính phủ ban hành chính sách và luật lệ rỏ ràng. Các
công ty mía đường (như Lam Sơn ở Thanh Hoá), Sài Gòn Petro, Công ty
Rượu Bình Tây, Công ty Chí Hùng, v.v. cũng đã có dự án sản xuất
ethanol làm nhiên liệu, khi chánh phủ phất cờ cho phép. Tuy nhiên,
hiện nay chưa có một nhà kinh doanh nào dám bỏ tiền vào nghiên cứu
và đầu tư khi chính phủ chưa có chính sách quy định, chưa có phối
hợp ăn khớp giữ các Bộ, thủ tục nhiêu khê: thủ tục đất đai canh
tác thì quản lý bởi Bộ Nông nghiệp; quy định tiêu chuẩn sản xuất
pha chế xăng-sinh-học thì quản lý bởi Bộ Khoa học-Công nghệ; và
sử dụng xăng dầu phải có ý kiến của Bộ Giao thông-Vận tải, v.v.
Theo báo “Khoa Học Phổ Thông” ngày 14/12/2006,
thì “Bộ Công nghiệp VN đang xây dựng đề
án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn
2020”, theo đó “Giai đoạn
2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh
học thay thế nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và
mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất
công nghiệp khác. Đến năm 2020, công nghệ sản xuất sinh học ở VN sẽ
đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷ
lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu biodiesel B10/năm”
Ngày 20/11/2007, Thủ tướng chính phủ đã ký phê
duyệt “Đề án phát triển nhiên-liệu-sinh-học đến năm 2015, tầm
nhìn đến năm 2025” trong đó đặt mục
tiêu đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn
tấn, đáp ứng 20% nhu cầu xăng dầu của cả nước bằng xăng E5 (pha 5%
cồn) và dầu B5 (Diesel pha 5% dầu sinh học), và đến năm 2025, đạt
1.8 triệu tấn, đáp ứng 100% nhu cầu của cả nước bằng xăng dầu pha
nhiên liệu sinh học trên. Và khoảng thời gian từ nay đến 2010 là
nghiên cứu và ban hành luật lệ liên quan đến sản xuất và sử dụng
xăng-sinh-học.
Việt Nam với đất hẹp (diện tích canh tác khoảng
9.3 triệu ha), dân đông (85 triệu năm 2007, trung bình mổi đầu người
0.11 ha), lại nghèo (GDP trung bình toàn dân là US$726/đầu người năm
2006, của nông dân chỉ khoảng 1/2), vùng sản xuất nông nghiệp chính
là đồng bằng Cửu Long và Sông Hồng đã quá tải. Đất canh tác hiện nay
phải tiếp tục sản xuất nông phẩm thiết yếu cho đời sống người dân (chánh
yếu là lúa, hoa màu phụ, cây kỹ nghệ) để tự túc và xuất cảng. Vì vậy
Việt Nam phải tìm nguồn nguyên liệu thực vật nào để sản xuất
xăng-sinh-học mà:
(i) không tranh dành đất đai với canh tác hoa màu,
chăn nuôi gia súc, nuôi cá tôm hiện tại,
(ii) không được phá thêm rừng,
(iii) thích hợp trên diện tích đất bỏ hoang cằn
cổi, sa mạc hoá, tổng cộng khoảng 10 triệu ha, gồm đất đồi trọc ở
Miền Bắc (4.77 triệu ha), Bắc Trung Việt (1.9 triệu ha), phía Nam
Trung Việt (1.63 triệu ha), và Tây nguyên (1.05 triệu ha),
(iv) có hiệu quả kinh tế cao, và
(v) tăng lợi tức, giúp xoá đói giảm nghèo cho
nông dân.
Sau đây, tác giả gợi ý một vài nguyên liệu.
1. Sản xuất diesel-sinh-học từ hạt cao-su. Việt nam hiện nay
đã có 250,000 ha cao su trưởng thành, và diện tích sẽ gia tăng nhiều
trong tương lai (có thể tới 1 triệu ha). Nếu thu góp được tất cả hạt
của 250,000 ha này, ngay từ bây giờ Việt Nam có thể sản xuất được
54,250 tấn dầu-cao-su, tương ứng với 1 triệu tấn diesel-sinh-học B5.
Dầu hột cao su chứa 18.9% saturated acid (palmitic
acid và stearic acid), và 80% unsaturated acid (oleic
acid, 24.6 %; linoleic acid, 39.6 %; và linolenic acid, 16.3 %).
Hột cao su chín rụng rộ vào khoảng tháng 7
và 8 dương lịch, rất thuân tiện cho các em học sinh nghỉ hè kiếm lợi
tức trong việc thu lượm hột. Các cơ sở đồn điền cao su đều đã có sẳn
máy móc và phương tiện ép dầu.
2. Canh tác sorgho-đường (Sweet s
orghum) trong
mùa hạn trên vùng ruộng sạ ở đồng bằng Cửu Long.
Trước 1960, sau khi gặt lúa sạ, tại An Giang Châu Đốc đất bỏ hoang
từ tháng 1 đến tháng 5 dương lịch là lúc mùa khô, thiếu nước canh
tác. Bắt đầu khoảng sau 1965, nông dân trồng sorgho-hạt (grain
sorghum, lúa miến) trong các tháng này trên đất thiếu nước bơm để
làm thực phẩm gia súc và cá, và lúa thần-nông trên một số ruộng đất
dọc sông rạch có khả năng bơm nước. Hiện nay, đa số đất còn bỏ hoang
trong mùa nắng vì thiếu nước, hay không lợi khi canh tác lúa (vì giá
xăng, phân, thuốc quá cao).
Các vùng ấm hay nóng ở miền Nam Hoa Kỳ đã canh
tác sorgho-đường từ hàng trăm năm nay để sản xuất xi-rô (sirup). Các
giống Hoa Kỳ này cho năng xuất hột thấp nhưng thân có nhiều đường.
Viện Nghiên Cứu Quốc Tế Nông Nghiệp Vùng Khô Hạn (ICRISAT) dùng các
giống này để lai tạo thành các “giống lai” vừa cho năng xuất hột
cao, năng xuất thân cao và độ đường cao ở cả hột và thân.
Thân sorgho-đường chứa 15 đến
23% đường, thân mía chứa 12-15% đường.
Chẳng hạn giống lai “Madhura” được lai tạo để có thân chứa nhiều
đường (sweet-stem sorghum hybrid) dùng để chế biến ethanol, sirup và
đường kẹo. Giống lai Madhura ngắn hạn (120 ngày), trồng 2 vụ/năm cho
năng xuất hột tổng cộng từ 2 đến 4 tấn/ha, 5-7 tấn lá khô (cho trâu
bò ăn), 15-20 tấn bả (thân sau khi ép lấy đường, làm thức ăn trâu
bò), 3-6 tấn đường kẹo hay 5-9 tấn sirup (75% đường), hay 3000 -
4000 lít ethanol 95%. Giống SSH-104 có chu kỳ sinh trưởng 100 – 115
ngày, thân chứa 23% đường, một vụ trồng (4 tháng) cho năng xuất thân
cây 95-125 tấn/ha, so với mía khoảng 65-90 tấn/ha với vụ trồng dài
10-12 tháng.
Tại vùng Imperial Valley của California, 1 ha trồng sorgho-đường
trong 1 vụ 4 tháng sản xuất: 5,600 lít ethanol + 20 tấn xác bả khô
(có thể biến thành 10 Megawatt-giờ điện).
Sorghum chịu hạn hán, chịu được đất phèn, đất mặn,
đất kiềm, chịu được nước ngập, ít sâu bọ bệnh tật, ít đòi hỏi phân
bón, ít tốn nước tưới (chỉ bằng 1/4 nhu cầu nước của mía). Mới đây,
các khoa học gia đã cài vào bộ máy di truyền sorgho-đường gen chịu
đựng đất phèn nặng vì nhôm. Vùng đất phèn Tứ Giác Long Xuyên nên
chọn các giống chịu phèn này.
Sorgho-đường, cũng như sorgho
hạt, chịu được khô hạn, nhu cầu nước tối thiểu là 175 m3/ha/vụ,
chỉ bằng 1/4 nhu cầu nước để canh tác mía (700 m3/ha/vụ),
trong lúc lúa nước cần từ 9,000 đến 15,000 m3/ha/vụ . Lá
sorgho có một lớp sáp ngăn chận thoát hơi nước, nên sorgho sử dụng
nước hiệu quả hơn các ngủ cốc khác. Chồi và hoa được sinh sản và
phát triển trong một thời gian dài, nên khi gặp khô nóng ngắn hạn
không bị ảnh hưởng vào thụ phấn. Nếu khô hạn kéo dài, phát hoa ít và
nhỏ hơn, trong lúc thân cây chứa nhiều đường hơn. Sorgho cần 310 lít
nước để sản xuất 1 kg chất khô, trong khi bắp cần 370 lít nước. Chỉ
cần 4000 m3 nước để canh tác, sorgho-đường sản xuất được
1000 lít ethanol, trong lúc mía phải cần tới 36,000 m3
nước để cho kết quả tương đương. Tổng hợp hết mọi chi phí tại Hoa Kỳ
kể từ canh tác cho tới chế biến xong xuôi, sản xuất 1000 l ethanol
từ sorgho-đường tốn 81.6 USD, từ bắp tốn 89.2 USD, và từ mía tốn
111.5 USD. Năng xuất toàn cây trung bình 90-120 tấn/ha/vụ (4 tháng).
Năng xuất đường, cũng như năng xuất toàn cây cao nhất khi nhiệt độ
không khí trung bình 26-27°C,
nhiệt độ đất 18-20°C.
Quang-tổng-hợp tối đa ở nhiệt độ ban ngày 32°C.
Trong một mùa canh tác (4 tháng), 1 ha sorgho hấp thụ 40 tấn C từ
không khí qua quang-tổng-hợp.
Năng lượng cần thiết để biến nước ép từ thân sorgho-đường (chính là
đường) ra ethanol chỉ bằng 50% năng lượng cần thiết để biến hạt bắp
(chính là tinh bột) ra ethanol.
Ần
độ cũng nghiên cứu tuyển chọn dòng men hửu hiệu để lên men nước ép
từ thân sorgho-đường thành rượu, cho biết dòng men
NCIM 3319 hửu hiệu nhất, biến 90% đường thành
rượu trong 48-72 giờ.
Cây dầu-lai
(Jatropha curcas L.). Cũng còn gọi
là cây-dầu-mè hay cây-hàng-rào, cùng họ với khoai mì, cao su (Euphorbiaceae).
Trên thế giới có khoảng 175 loài, Việt Nam có 5 loài, trong số đó có
cây dầu-lai (Jatropha curcas L.). Cây dầu-lai gốc Trung Mỷ,
trồng ở Việt Nam từ lâu đời để lấy dầu từ hạt, hạt chứa khoảng 40% dầu.
Cây cao 1-5 m, trồng được nơi khô hạn với vủ lượng 200 mm/năm cho tới
nơi có vủ lượng 1200 mm/năm, lý tưởng là 600 – 1000 mm/năm. Khô hạn
liên tục 3 năm chỉ làm lá rụng nhưng cây không chết. Vùng duyên hải
khô cằn Ninh Thuận Bình Thuận với vủ lượng trung bình 600 mm/năm, hiện
bỏ hoang, là nơi thích hợp canh tác cây-dầu lai. Cũng canh tác được
trên các đồi trọc (vừa bảo vệ chống xoi mòn, vừa cho dầu), đất đang
sa-mạc-hoá, đất kiềm vùng duyên hải Trung Việt. Cây không chịu được
úng nước, hay đất dốc quá 30 độ, và đất acit (pH <7), pH thích hợp
8-9, thích hợp vùng đất cà giang duyên hải Trung Việt. Không có sâu
bọ hay bệnh tật, ngoại trừ đốm lá do Cercospora. Cây trồng bằng
hột hay bằng nhánh giâm dể dàng. Nhánh giâm cho trái sau một năm, trồng
bằng hạt sau 2 năm. Khoảng cách trồng 2m x 2 m, khoảng 2500 cây/ha.
Cho năng xuất hạt cao kể từ năm thứ 4, và thọ khoảng 50 năm. Một cây
đơn độc cho 2 kg trái/cây, trung bình năng xuất hột từ 3 đến 6 tấn hột/ha/năm,
tuỳ đất tốt hay xấu. Trên đất xấu, cho trung bình 0.9 tấn dầu/ha/năm,
đất trung bình 1.6 – 2 tấn dầu/ha/năm. Trung bình 4 kg hột ép được 1
lít dầu. Cây dầu-lai có thể trồng xen kẻ với cà phê, cây ăn trái và
rau hoa. Dầu có chất độc (không ăn được), trước đây dùng làm đèn cầy,
xà phòng, ngày nay làm diesel-sinh-học. Ấn độ dự trù canh tác 14 triệu
ha để sản xuất diesel-sinh-học.
Lục bình
(Eichornia crassipes). Lục bình xưa nay coi như cỏ dại, sống
bềnh bồng trên sông, rạch, ao, hồ, cản trở ghe tàu lưu thông, ngăn cản
dòng nước chảy, v.v. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây cho biết lục
bình là một nguyên liệu hửu hiệu để sản xuất khí-đốt-sinh-học và
xăng-sinh-học. Lục bình cũng dùng để lọc nước phế thải từ nhà máy biến
chế thực phẩm, trại chăn nuôi, nước cống rảnh thành phố. Rể lục bình
hấp thụ các kim loại độc trong nước phế thải như chì, thuỷ ngân,
strontium, v.v. và chứa các chất này trong rể với nồng độ gấp 10,000
lần nồng độ kim loại chứa trong nước. Phần cây tươi chứa 95.5% nước,
0.04% N, 0.06% P2O5, 0.2% K2O, 1% chất tro, và 3.5% chất hửu cơ. Lục
bình được dùng làm thức ăn cho trâu bò (lên men dưa lục bình với 2%
muối, hay ăn tươi), phơi khô đun bếp, tro làm phân, cọng lục bình
phơi khô dùng đan giỏ, thủ công, v.v.
Lục bình tăng trưởng rất nhanh, mỗi năm
có thể thâu hoạch 4 lần, tổng năng xuất chất tươi/ha/năm biến thiên
giữa 20 và 200 tấn ở Florida canh tác từ trong nước sông hồ (không
phân bón), cho 300 tấn nếu canh tác trong nước sa thải của thành
phố, từ chưồng trại gia súc. Canh tác tại Ấn độ cho năng xuất khoảng
150 tấn chất tươi/ha/năm. Lục bình không sống được ở nước mặn chứa
quá 5 g muối/l.
Lục bình sản xuất chất khô (dry matter)
khoảng 60-80 tấn/ha/năm ở miền nam Hoa Kỳ (không phân bón), như vậy
cao hơn cỏ voi (57 tấn), mía (55 tấn), sorghum (37 tấn), cây rừng
Eucalyptus (15 tấn), thông (9 tấn), hướng dương (6 tấn) canh tác với
phân bón.
Năng lượng chứa trong 1 tấn chất khô lục
bình tương đương với 2.4 barrels dầu hoả (= 381 lít). Cứ mỗi kg chất
khô lục bình sản xuất 370 lít khí-sinh-học cho năng lượng
22,000 KJ/m3 (580 Btu/ft3), còn methane ròng
100 % cho 895 Btu/ft3. NAS của
Hoa kỳ ước lượng rằng 1 ha lục bình ở miền nam Hoa Kỳ sản xuất
70,000 m3 khí-sinh-học (gồm 70% methane, 30% CO2).
Nước phế thải từ lên men sản xuất khí-sinh-học dùng làm phân hửu cơ.
Tại Ấn độ, 1 tấn lục bình phơi khô (không
phải chất khô) cho khoảng 50 lít ethanol và 200 kg chất phế thải
dùng làm phân bón. Lên men yếm khí 1 tấn lục bình khô cho 750 m3
khí-sinh-học (600 Btu), trong đó chứa 51.6% methane, 25.4%
hydrogen, 22.1% CO2, và 1.2% oxygen. Với kỹ thuật hoá-khí
(gasification) ở nhiệt độ cao (800°C)
với hơi nước, 1 tấn chất khô lục bình sản xuất 1,100 m3
khí-đốt-tổng-hợp (syngas) chứa 16.6% H2, 4.8% methane,
21.7% CO, 4.1% CO2, và 52.8% N.
Hiện nay, trên
sông Tiền Giang, Hậu Giang và một số sông rạch lớn, một số ít nông
dân đóng cọc dọc bờ sông trồng lục bình để lấy sợi dùng đan lác thủ
công xuất cảng (như mủ, giỏ xách, ..). Các dề lục bình này cũng bảo
vệ được bờ sông tránh xói lở do sóng ghe tàu gây nên, trong khi giữa
dòng sông trống trải để ghe tàu lưu thông. Cần phát triển trồng lục
bình dọc sông rạch bên trong các cọc, như nông dân canh tác hiện
nay. Đặc biệt, lục bình có năng xuất rất cao ở những ao hồ thanh lọc
nước thải ở các nhà máy biến chế hải sản, chăn nuôi gia súc, nơi
thải nước cống thành phố.
Tảo
(Algae): là nguồn thực vật đầy hứa hẹn để
sản xuất diesel-sinh-học. Cũng cần biết rằng dầu hoả bắt nguồn từ
huỷ hoại tảo, chất hửu cơ trầm tích, phiêu sinh, vi sinh vật ở thời
cổ đại. Tảo là thực vật có khả năng quang-tổng-hợp, lấy năng lượng
mặt trời biến CO2 thành đường, từ đó tạo protids và
lipids. Tảo mọc trong nước ngọt hay nước mặn, từ trong vủng nước
nhỏ, ao hồ hay biển. Tuỳ theo loại, tảo giàu protein (như
Spirulina maxima chứa 60-70%; Chlorella vulgaris
chứa 51-58% protein trọng lượng chất khô), chất bột (carbohydrates)
(như Botryococcus braunii
chứa 86%, Spirogyra sp.
chứa 33-64%; Porphyridium cruentum
chứa 40-57% trọng lượng chất khô), và lipids (như
Scenedesmus dimorphus, chứa 16-40%;
Prymnesium parvum chứa
22-40%).
Các vi sinh gồm tảo, diatoms, và
cyanobasteria được gọi chung là “vi-tảo” (microalgae) chứa nhiều dầu
và chất béo (trên 30%) là nguyên liệu chế diesel-sinh-học.
Tảo có thể canh tác trong thùng
(tank), trong ao, hồ, biển. Quan trọng là phải đầy đủ ánh sáng (mặt
trời hay đèn), đầy đủ CO2 hoà tan trong nước (bằng cách
bơm không khí vào nước như nuôi cá, hay bơm khí CO2),
chất dinh dưởng như phân bón hoá học, chất hửu cơ như nước thải từ
cống rảnh. Nếu canh tác tảo ngoài biển, cần phải bón thêm phân chứa
sắt (iron). Loại tảo xanh Chlorophyceae
(green algae) cho nhiều carbohydrates hơn lipids, tăng trưởng mạnh ở
30°C,
cần nhiều ánh sáng và nước có độ dẩn điện 55 mmho/cm. Tảo cho tỷ lệ
dầu cao khi canh tác trong môi trường thiếu chất dinh dưởng, nhưng
năng xuất tảo kém nên năng xuất dầu cũng kém ở môi trường canh tác
này.
Nghiên cứu mới đây cho biết An Giang có 137 loài
tảo nước ngọt, đa số là tảo lục Chlorophyta. Ở vùng nước
nhiểm mặn phải chọn giống thích ứng nước mặn, để canh tác. Cần phải
nghiên cứu để khám phá khả năng chứa dầu trong các loài tảo này.
Để lấy dầu, giản dị nhất là ép để lấy khoảng 75%
dầu chứa trong tảo, phần xác còn pha với dung môi cyclo-hexane để
trích lấy dầu còn lại. Xác tảo sau khi ép chứa nhiều chất bột, nên
cho lên men để sản xuất ethanol, hay làm thức ăn gia súc.
Năng xuất dầu/ha từ tảo canh tác trong điều kiện
lý tưởng cho 200 lần nhiều hơn dầu từ hoa màu, và trong điều kiện
canh tác thông thường cho năng xuất dầu cao 30 lần hay tệ lắm cũng
15 lần nhiều hơn canh tác dầu-cải, dừa dầu, đậu nành hay cây dầu-lai
(jatropha). Năng xuất tại Hoa Kỳ hiện tại với vi tảo canh tác là
17,300 lít dầu/ha/năm (gấp 3 lần dừa-dầu của Mả Lai), trong các tank
phòng thí nghiệm với điều kiện lý tưởng cho 46,000 đến 140,000
lít/ha/năm. Phòng Nghiên Cứu Năng Lượng của Hoa Kỳ ước tính rằng chỉ
với diện tích 5 triệu ha trồng tảo, tức khoảng 1% đất nông nghiệp
của Hoa kỳ hiện nay (khoảng 500 triệu ha), thì đủ cung cấp
diesel-sinh-học cho Hoa Kỳ, thay thế hoàn toàn diesel từ dầu hoả.
Ngày 11/12/2007, Công Ty Shell tuyên bố thiết lập
cơ sở canh tác tảo để biến chế dầu ăn và diesel-sinh-học tại Hawaii,
trong các ao hồ chứa nước mặn để canh tác tảo biển. Cũng cần biết
thêm rằng tại Hawaii đã có nhiều cơ sở thương mại canh tác tảo biển
để làm dược liệu từ mấy chục năm nay.
Tảo Diatom chứa khoảng 30% dầu, có thể sản xuất
45.6 tấn dầu/ha/năm. Tảo Botryococcus
braunii chứa 86% hydrocarbons
cuả trọng lượng chất khô, có thể biến chế thành ethanol.
Nếu đầy đủ ánh sáng, CO2
(hoà tan trong nước), và dinh dưởng, 1 ha tảo cho 100 tấn tảo, và
mỗi tấn tảo sản xuất được 410 lít diesel-sinh-học. Nếu lên men yếm
khí, thì mỗi tấn tảo sản xuất được 6 MJ khí methane. Một m3
tảo khô nặng khoảng 448 kg.
Nghiên cứu ghép gen cho
nhiều dầu cũng cho kết quả khả quan. Enzyme
Acetyl-CoA carboxylase (ACC) chi phối số lượng
lipids tích trử trong cơ thể vi-tảo, và gen chi phối ACC đã được
đánh dấu và ghép vào bộ máy di truyền của tảo.
Tại Hoa Kỳ có dự án dẩn ống khí thải CO2
từ nhà máy nhiệt điện đốt than đá đến hồ canh tác tảo để tái tạo
Carbon-sinh-học, thay vì thải CO2 vào khí quyển làm gia
tăng nhiệt độ hoàn cầu.
Việt Nam có bờ biển dài 3,200 km, nhiều đầm,
vũng, ao, hồ, nước ngọt hay nước mặn đều có thể canh tác tảo. Dùng
tảo vừa để xử lý nước thải từ chuồng trại chăn nuôi, nước thải thành
phố, vừa sản xuất diesel-sinh-học, cần nên được nghiên cứu ở Việt
Nam.
Trần-Đăng Hồng
Nguồn: TTVH Nguyễn Trường Tộ, Paris
Nguồn: TTVH Nguyễn Trường Tộ, Paris
