</h2> Những tiến bộ về công nghệ và sự đa dạng các quan hệ đối tác chiến lược đang khiến cho nhiên liệu sinh học từ tảo trở thành một ngành có thể sản xuất thương mại và có tiềm năng mang lại lợi nhuận.
Nguồn năng lượng của tương lai
Nhiên liệu sinh học 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 nhiên liệu sinh học 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 nhiên liệu sinh học đầu tiên, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu ra nhiên liệu sinh học 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 như cây cỏ ngọt (sweetgrass) và cây cọc rào (jatropha). Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất nhiên liệu sinh học 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 nhiên liệu sinh học thế hệ 2 là cellulosic ethanol and Fischer-Tropscher fuels đều chưa được sản xuất đại trà. Tuy vậy, có thể thấy rõ nhiên liệu sinh học thế hệ 2 giảm rõ rệt phát thải khí, 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.
Một trung tâm nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học từ tảo tại Mỹ
Hiện nay, tảo nổi lên như một nguyên liệu có triển vọng nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học và đang được tập trung nghiên cứu phát triển như là một nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3. Một số loại tảo có hàm lượng dầu đạt đến 50% và loại dầu này có thể được điều chế thành dầu diesel sinh học hoặc nhiên liệu máy bay. Không giống như mía, ngô dùng để sản xuất ethanol hay đậu tương dùng để sản xuất dầu diesel sinh học, tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có đủ ánh sáng, kể cả vùng hoang hóa, nước mặn, nước thải, lại có khả năng làm sạch môi trường nước thải. Tảo cũng có tiềm năng sản xuất ra nhiều năng lượng nhất nếu tính theo diện tích gieo trồng so với các loại cây trồng khác.
Theo tính toán của các nhà khoa học Mỹ, dùng vi tảo lợi hơn các loại cây có dầu khác do năng suất dầu cao gấp 19-23 lần trên cùng một diện tích đất trồng. Ngoài ra, mặc dù tảo sinh ra CO2 khi bị đốt cháy, nhưng nó cũng sử dụng chính CO2 để tăng trưởng. Do vậy, khi các trại nuôi trồng tảo với số lượng lớn tới mức có thể dùng sản xuất nhiên liệu sinh học, chúng sẽ hấp thụ bớt khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
Một nghiên cứu gần đây của công ty nghiên cứu năng lượng nổi tiếng SBI (Mỹ) dự báo đến năm 2015, thị trường nhiên liệu sinh học tảo có thể đạt 1,6 tỉ USD, với mức tăng trưởng hàng năm 43,1%. Ngành công nghiệp đang trỗi dậy này nhận được sự khuyến khích phát triển lớn khi các quan hệ đối tác chiến lược đang dần thay thế các khoản cho vay ưu đãi hàng triệu USD của Bộ Năng lượng Mỹ từ năm 2009. Báo cáo “Các công nghệ nhiên liệu sinh học từ tảo: Xu hướng thị trường và sản phẩm toàn cầu 2010-2015” của SBI chỉ rõ rằng, việc sản xuất tảo cho nhiên liệu sinh học là “khả thi và hấp dẫn nhất” trong số các loại nhiên liệu sinh học do lợi nhuận cao tính theo diện tích gieo trồng và ảnh hưởng môi trường thấp nhất.
Các quan hệ chiến lược của các tập đoàn ExxonMobil, Chevron, BP, Dow Chemical, Desmet Ballestra và nhiều công ty khác sẽ thúc đẩy khoản đầu tư cần thiết cho việc sản xuất thành công nhiên liệu sinh học từ tảo. Hải quân Mỹ đã quyết định sử dụng nhiên liệu truyền thống pha trộn nhiên liệu sinh học cho Hạm đội Thái Bình Dương gần đây là một tín hiệu cho thấy lợi ích của việc sử dụng nguồn nhiên liệu tái tạo như nhiên liệu sinh học. Do đó, việc Chính phủ Mỹ đầu tư vào lĩnh vực này chỉ là vấn đề thời gian và ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo biển dự đoán sẽ có sự tăng trưởng bùng nổ ngay cả trước năm 2015.
Thách thức về chi phí
Quy trình chuyển hóa dầu tảo thành dầu diesel sinh học tương tự như quá trình điều chế dầu thực vật thành dầu diesel sinh học, nhưng chi phí sản xuất cao hơn. Đây cũng là trở ngại lớn nhất trong việc đưa tảo nhiên liệu tham gia thị trường. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục được bằng cách cải thiện phương pháp nuôi trồng. Hàng trăm công ty và phòng thí nghiệm trên thế giới đang chạy đua quyết liệt nhằm tìm ra phương pháp kinh tế để chế biến “nhiên liệu xanh” từ tảo.
Mới đây, Công ty Sản xuất thiết bị nuôi tảo Áo (SAT) đã giới thiệu 1 công nghệ kéo giá thành sản xuất nhiên liệu tảoxuống còn bằng giá thành cồn ethanol (0,40-0,50 USD/lít). Tảo được chuyển từ ao nuôi lộ thiên sang nuôi trong những bồn cao đến 5m, tránh được môi trường bất lợi. Phương cách mới của SAT là phân tán ánh sáng đồng đều tạo điều kiện thuận lợi cho tảo sinh sản. Khi nuôi trong ao, lớp tảo nổi trên bề mặt nước được tiếp xúc với ánh nắng mặt trời thì sinh sản tốt, còn các lớp thấp bên dưới phải cạnh tranh ánh sáng và dưỡng chất, kết quả là làm giảm năng suất tảo.Phương pháp của SAT là lắp đặt một lăng kính mặt trời truyền ánh sáng thông qua các sợi quang học, các bồn nuôi tảo được chiếu sáng toàn bộ, tất cả tảo nuôi đều nhận được ánh sáng.
Không chỉ dừng lại ở công bố nghiên cứu, nhà máy sản xuất năng lượng sinh khối từ tảo tại tiểu bang Pernambuco, Đông Bắc Brazil mà SAT và Công ty Sản xuất ethanol hàng đầu của Brazil (JB) đang hợp tác xây dựng sẽ được áp dụng công nghệ này. Các ống tròn sẽ kết nối vào các ống khói của nhà máy mía đường bên cạnh nơi JB đang đốt bã mía, tận dụng khí CO2 tạo ra trong quá trình đốt để nuôi tảo. Nhà máy này sẽ tận dụng hết các tiềm năng của tảo. Một trongcác sản phẩm đầu ra sẽ là thức ăn cho động vật, thay thế một phần cho đậu nành. Quá trình sản xuất cũng làm tăng lipid trong tảo, thuận lợi để sản xuất dầu diesel sinh học và các chất sinh hóa.
Bên cạnh đó, để giảm chi phí sản xuất, hệ thống nuôi trồng tảo còn có thể tạo ra bằng cách tận dụng nước thải từ các nhà máy và hộ gia đình để nuôi tảo. Một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Rochester (RIT), Mỹ, đã cho thấy khả năng phát triển diesel sinh học từ vi tảo được trồng trong nước thải. Dự án này có “độ xanh” gấp 2 lần vì tảo tiêu thụ nitrat, phot phat và làm giảm vi khuẩn cùng các độc tố trong nước. Kết quả là xử lý được nước thải và cung cấp nhiên liệu sinh học triển vọng. Ngoài ra, tìm kiếm được giống tảo phù hợp và có khả năng sinh dầu cao hơn cũng là một hướng đi hứa hẹn trong việc nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học từ tảo.
Nếu giải quyết được bài toán chi phí thì tảo thực sự sẽ là nguồn nguyên liệu ưu việt để phát triển nhiên liệu sinh học.
Nguồn năng lượng của tương lai
Nhiên liệu sinh học 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 nhiên liệu sinh học 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 nhiên liệu sinh học đầu tiên, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu ra nhiên liệu sinh học 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 như cây cỏ ngọt (sweetgrass) và cây cọc rào (jatropha). Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất nhiên liệu sinh học 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 nhiên liệu sinh học thế hệ 2 là cellulosic ethanol and Fischer-Tropscher fuels đều chưa được sản xuất đại trà. Tuy vậy, có thể thấy rõ nhiên liệu sinh học thế hệ 2 giảm rõ rệt phát thải khí, 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.
Một trung tâm nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học từ tảo tại Mỹ
Hiện nay, tảo nổi lên như một nguyên liệu có triển vọng nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học và đang được tập trung nghiên cứu phát triển như là một nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3. Một số loại tảo có hàm lượng dầu đạt đến 50% và loại dầu này có thể được điều chế thành dầu diesel sinh học hoặc nhiên liệu máy bay. Không giống như mía, ngô dùng để sản xuất ethanol hay đậu tương dùng để sản xuất dầu diesel sinh học, tảo có thể tồn tại ở bất cứ nơi nào có đủ ánh sáng, kể cả vùng hoang hóa, nước mặn, nước thải, lại có khả năng làm sạch môi trường nước thải. Tảo cũng có tiềm năng sản xuất ra nhiều năng lượng nhất nếu tính theo diện tích gieo trồng so với các loại cây trồng khác.
Theo tính toán của các nhà khoa học Mỹ, dùng vi tảo lợi hơn các loại cây có dầu khác do năng suất dầu cao gấp 19-23 lần trên cùng một diện tích đất trồng. Ngoài ra, mặc dù tảo sinh ra CO2 khi bị đốt cháy, nhưng nó cũng sử dụng chính CO2 để tăng trưởng. Do vậy, khi các trại nuôi trồng tảo với số lượng lớn tới mức có thể dùng sản xuất nhiên liệu sinh học, chúng sẽ hấp thụ bớt khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
Một nghiên cứu gần đây của công ty nghiên cứu năng lượng nổi tiếng SBI (Mỹ) dự báo đến năm 2015, thị trường nhiên liệu sinh học tảo có thể đạt 1,6 tỉ USD, với mức tăng trưởng hàng năm 43,1%. Ngành công nghiệp đang trỗi dậy này nhận được sự khuyến khích phát triển lớn khi các quan hệ đối tác chiến lược đang dần thay thế các khoản cho vay ưu đãi hàng triệu USD của Bộ Năng lượng Mỹ từ năm 2009. Báo cáo “Các công nghệ nhiên liệu sinh học từ tảo: Xu hướng thị trường và sản phẩm toàn cầu 2010-2015” của SBI chỉ rõ rằng, việc sản xuất tảo cho nhiên liệu sinh học là “khả thi và hấp dẫn nhất” trong số các loại nhiên liệu sinh học do lợi nhuận cao tính theo diện tích gieo trồng và ảnh hưởng môi trường thấp nhất.
Các quan hệ chiến lược của các tập đoàn ExxonMobil, Chevron, BP, Dow Chemical, Desmet Ballestra và nhiều công ty khác sẽ thúc đẩy khoản đầu tư cần thiết cho việc sản xuất thành công nhiên liệu sinh học từ tảo. Hải quân Mỹ đã quyết định sử dụng nhiên liệu truyền thống pha trộn nhiên liệu sinh học cho Hạm đội Thái Bình Dương gần đây là một tín hiệu cho thấy lợi ích của việc sử dụng nguồn nhiên liệu tái tạo như nhiên liệu sinh học. Do đó, việc Chính phủ Mỹ đầu tư vào lĩnh vực này chỉ là vấn đề thời gian và ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo biển dự đoán sẽ có sự tăng trưởng bùng nổ ngay cả trước năm 2015.
Thách thức về chi phí
Quy trình chuyển hóa dầu tảo thành dầu diesel sinh học tương tự như quá trình điều chế dầu thực vật thành dầu diesel sinh học, nhưng chi phí sản xuất cao hơn. Đây cũng là trở ngại lớn nhất trong việc đưa tảo nhiên liệu tham gia thị trường. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục được bằng cách cải thiện phương pháp nuôi trồng. Hàng trăm công ty và phòng thí nghiệm trên thế giới đang chạy đua quyết liệt nhằm tìm ra phương pháp kinh tế để chế biến “nhiên liệu xanh” từ tảo.
Mới đây, Công ty Sản xuất thiết bị nuôi tảo Áo (SAT) đã giới thiệu 1 công nghệ kéo giá thành sản xuất nhiên liệu tảoxuống còn bằng giá thành cồn ethanol (0,40-0,50 USD/lít). Tảo được chuyển từ ao nuôi lộ thiên sang nuôi trong những bồn cao đến 5m, tránh được môi trường bất lợi. Phương cách mới của SAT là phân tán ánh sáng đồng đều tạo điều kiện thuận lợi cho tảo sinh sản. Khi nuôi trong ao, lớp tảo nổi trên bề mặt nước được tiếp xúc với ánh nắng mặt trời thì sinh sản tốt, còn các lớp thấp bên dưới phải cạnh tranh ánh sáng và dưỡng chất, kết quả là làm giảm năng suất tảo.Phương pháp của SAT là lắp đặt một lăng kính mặt trời truyền ánh sáng thông qua các sợi quang học, các bồn nuôi tảo được chiếu sáng toàn bộ, tất cả tảo nuôi đều nhận được ánh sáng.
Không chỉ dừng lại ở công bố nghiên cứu, nhà máy sản xuất năng lượng sinh khối từ tảo tại tiểu bang Pernambuco, Đông Bắc Brazil mà SAT và Công ty Sản xuất ethanol hàng đầu của Brazil (JB) đang hợp tác xây dựng sẽ được áp dụng công nghệ này. Các ống tròn sẽ kết nối vào các ống khói của nhà máy mía đường bên cạnh nơi JB đang đốt bã mía, tận dụng khí CO2 tạo ra trong quá trình đốt để nuôi tảo. Nhà máy này sẽ tận dụng hết các tiềm năng của tảo. Một trongcác sản phẩm đầu ra sẽ là thức ăn cho động vật, thay thế một phần cho đậu nành. Quá trình sản xuất cũng làm tăng lipid trong tảo, thuận lợi để sản xuất dầu diesel sinh học và các chất sinh hóa.
Bên cạnh đó, để giảm chi phí sản xuất, hệ thống nuôi trồng tảo còn có thể tạo ra bằng cách tận dụng nước thải từ các nhà máy và hộ gia đình để nuôi tảo. Một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Rochester (RIT), Mỹ, đã cho thấy khả năng phát triển diesel sinh học từ vi tảo được trồng trong nước thải. Dự án này có “độ xanh” gấp 2 lần vì tảo tiêu thụ nitrat, phot phat và làm giảm vi khuẩn cùng các độc tố trong nước. Kết quả là xử lý được nước thải và cung cấp nhiên liệu sinh học triển vọng. Ngoài ra, tìm kiếm được giống tảo phù hợp và có khả năng sinh dầu cao hơn cũng là một hướng đi hứa hẹn trong việc nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học từ tảo.
Nếu giải quyết được bài toán chi phí thì tảo thực sự sẽ là nguồn nguyên liệu ưu việt để phát triển nhiên liệu sinh học.
Petrotimes
Chủ đề tương tự
