Bao nhiêu SAF từ 1.000 m² cao lương ngọt? Cần bao nhiêu đất để duy trì 100 máy bay hoạt động khắp Nhật Bản?

Sân bay Narita đang thử nghiệm trồng giống cao lương ngọt “Enryu” trên diện tích khoảng 1.000 m² và dự kiến sản xuất tối đa ~100 lít bioethanol (làm đầu vào cho SAF) từ diện tích này. Dựa trên số liệu thử nghiệm và một số giả định tiêu chuẩn ngành, sau đây là phân tích đầy đủ và kết luận về khả năng cung cấp nhiên liệu hàng không từ cao lương ngọt trên quy mô khác nhau.

Giả định chính (đã sử dụng cho tính toán)

• Sản lượng thử nghiệm Narita: 100 lít SAF (bioethanol tương đương) trên 1.000 m² mỗi năm (tổng 2 vụ/năm).

• Tiêu thụ nhiên liệu của máy bay hạng trung (ước tính): 2.5 lít/km cho một máy bay loại narrow-body (trung bình — dùng cho ước lượng nhanh).

• 1,000 m² = 0.1 ha = 0.001 km².

• Tất cả các con số là ước tính gần đúng để minh họa quy mô; các con số thực tế sẽ thay đổi lớn tùy loại máy bay, tải trọng, chiều dài hành trình, hiệu suất cây trồng thực tế, công nghệ chuyển đổi, tổn thất chuỗi cung ứng, v.v.

Kết quả chính (tóm tắt)

• 1.000 m² cao lương ngọt (sản xuất ~100 lít SAF/năm) đủ cho ~40 km bay với giả định 2.5 lít/km.
  (Tính: 100 lít ÷ 2.5 lít/km = 40 km.)

• Nếu 1 máy bay bay 500 km/ngày, lượng SAF cần là 1.250 lít/ngày → 456,250 lít/năm → cần 4,562 plots 1.000 m² (tức 4,562,500 m² = 4,562.5 ha = 45.62 km²).

• Nếu 100 máy bay, mỗi chiếc bay 500 km/ngày, lượng SAF cần 125,000 lít/ngày → 45,625,000 lít/năm → cần 456,250 plots 1.000 m² (tức 456,250,000 m² = 45,625 ha = 456.25 km²).

• Nói chung: để cấp nhiên liệu cho 100 máy bay hoạt động liên tục ở mức ~500 km/ngày, sẽ cần khoảng 456 km² đất trồng cao lương ngọt theo năng suất hiện tại của thử nghiệm Narita — diện tích rất lớn, tương đương hàng chục nghìn hecta.

Bảng chi tiết các kịch bản (đã hiển thị tương tác)

Bảng các kịch bản phổ biến — bao gồm 1, 10, 100 và 500 máy bay, với mức km trung bình/ngày khác nhau — và tính:

• Nhu cầu SAF hàng ngày và hàng năm (lít),

• Số plots 1.000 m² cần thiết,

• Diện tích tương ứng (m², ha, km²),

• Khoảng cách (km) mà 1 plot 1.000 m² hỗ trợ mỗi năm (khoảng 40 km/năm).

(Bạn có thể xem bảng tương tác đã hiển thị trong giao diện — tiêu đề bảng: "SAF scale scenarios (sweet sorghum)".)

Nhận xét và hệ quả thực tiễn

1. Tính khả thi địa phương: Năng suất hiện tại của thử nghiệm Narita (100 lít/1.000 m²/năm) rất thấp so với nhu cầu nhiên liệu hàng không — phù hợp cho thí điểm, chuỗi cung ứng cục bộ, hoặc trộn bổ sung, nhưng không đủ cho cung cấp thương mại cho nhiều máy bay.

2. Quy mô đất cần thiết: Để thay thế một phần lớn nhu cầu nhiên liệu hàng không bằng SAF từ cao lương ngọt đòi hỏi diện tích canh tác cực lớn, có thể xung đột với sử dụng đất nông nghiệp, sinh thái, và cấp nước.

3. Giải pháp thay thế / bổ trợ:

   • Tăng năng suất cây trồng (giống, phân bón, công nghệ canh tác) hoặc chuyển sang các feedstock có mật độ năng lượng/diện tích cao hơn.

   • Sử dụng nguồn nguyên liệu phế thải nông nghiệp, dầu thực vật dùng, hoặc công nghệ chuyển đổi hiệu suất cao (e.g., HEFA, ATJ, PtL từ điện tái tạo).

   • Kết hợp nhiều nguồn địa lý rộng lớn (không chỉ đất quanh sân bay) hoặc nhập khẩu SAF/precursors.

4. Khả năng thương mại: Dự án Narita phù hợp để phát triển mô hình “sản xuất – tiêu thụ nội địa” nhỏ, minh chứng kỹ thuật và chuỗi cung ứng địa phương, nhưng để đạt mục tiêu thay thế nhiên liệu cho đội bay lớn cần đổi mới sâu về công nghệ và chuỗi cung ứng.

Phụ lục

1) Độ nhạy với mức tiêu thụ nhiên liệu (2.0 / 2.5 / 3.0 L/km)

Giả định: mỗi máy bay bay 500 km/ngày (kịch bản mẫu).
Kết quả (tóm tắt chính, hàng năm):

• Với 2.0 L/km

  • 1 máy bay: 365,000 L/năm

  • 10 máy bay: 3,650,000 L/năm

  • 100 máy bay: 36,500,000 L/năm

• Với 2.5 L/km (kịch bản gốc trước đó)

  • 100 máy bay: 45,625,000 L/năm

• Với 3.0 L/km

  • 100 máy bay: 54,750,000 L/năm

→ Như bạn thấy, thay đổi ±0.5 L/km dẫn đến thay đổi lớn (~±20%) trong nhu cầu hàng năm cho 100 máy bay. Bảng chi tiết đã được hiển thị.

2) So sánh các feedstock (yield giả định và diện tích cần thiết)

Dùng các giả định năng suất (L SAF/ha/năm) sau — mình nêu rõ cả phạm vi low–median–high để bạn thấy độ nhạy:

• Sweet sorghum (Enryu, Narita trial): median 1,000 L/ha/yr (range 500–1,500).
  (Từ thử nghiệm: 100 L/0.1 ha → 1,000 L/ha.)

• Oilseed (rapeseed -> HEFA): median 960 L/ha/yr (range 700–1,200).
  (Giả định: ~1,200 L dầu/ha × 0.8 hiệu suất chuyển đổi dầu→SAF.)

• High-yield grass / energy crop (ví dụ energycane): median 2,000 L/ha/yr (range 1,500–3,000).

• Algae (optimistic commercial): median 10,000 L/ha/yr (range 3,000–20,000).
  (Algae có tiềm năng yield rất cao nhưng đòi hỏi công nghệ, nước, và cơ sở hạ tầng chuyên dụng.)

Diện tích cần cho mục tiêu: dùng kịch bản 100 máy bay × 500 km/ngày (annual SAF need phụ thuộc fuel burn):

• Với fuel burn 2.0 L/km → annual need = 36,500,000 L

• Với 2.5 L/km → 45,625,000 L

• Với 3.0 L/km → 54,750,000 L

Ví dụ (median yields, fuel burn 2.5 L/km → 45,625,000 L/năm):

• Sweet sorghum (1,000 L/ha): 45,625 ha → 456.25 km²

• Rapeseed/oilseed (960 L/ha): 47,531 ha → 475.31 km²

• High-yield grass (2,000 L/ha): 22,813 ha → 228.13 km²

• Algae (10,000 L/ha): 4,563 ha → 45.63 km²

(Bảng chi tiết, bao gồm low/median/high yields và ước tính chi phí, đã hiển thị — tiêu đề bảng: Feedstock area & cost comparison (target = 100 aircraft, 500 km/day each).)

Nhận xét:

• Cỏ năng suất cao và nhất là tảo cho thấy lợi thế lớn về diện tích — tảo có thể giảm diện tích cần tới vài chục lần so với sorghum. Tuy nhiên, tảo cần cơ sở hạ tầng, điện/nước và CAPEX lớn.

• Dầu ăn đã qua sử dụng (UCO) không phải feedstock canh tác; nó là nguồn tái chế có sẵn nhưng có giới hạn cung ứng (không thể mở rộng bằng diện tích canh tác như cây trồng). Vì vậy UCO thích hợp là nguồn bổ trợ/bắt đầu chứ không thể đáp ứng nhu cầu lớn mà không có thu gom và nguồn cung lớn.

3) Chi phí ước tính (CAPEX/OPEX) — phạm vi giả định

Giả định chi phí (median):

• Cultivation OPEX: 800 USD/ha/năm (phạm vi 300–1,500 USD/ha/năm). Bao gồm lao động, phân bón, tưới, thu hoạch, vận hành cơ bản.

• Conversion cost to SAF (bao gồm CAPEX khấu hao + OPEX nhà máy): 1.5 USD/lít (phạm vi 0.8–3.0 USD/L). (Lưu ý: đây là giả định tổng quát cho quy trình HEFA/ATJ/PtL với amort hóa nhà máy; thực tế rất khác nhau tùy công nghệ, quy mô, giá năng lượng.)

Ví dụ ước tính (fuel burn 2.5 L/km, target = 45,625,000 L/năm): (dùng yields median để tính diện tích trước)

• Với sweet sorghum (1,000 L/ha):

  • Required area: 45,625 ha.

  • Annual cultivation OPEX ≈ 45,625 ha × $800/ha = $36.5 million/yr.

  • Annual conversion cost ≈ 45,625,000 L × $1.5/L = $68.4 million/yr.

  • Tổng ước tính (annual) ≈ $104.9 million/yr (không gồm CAPEX lớn cho nhà máy hoặc logistics bổ sung, không gồm chi phí đất nếu cần mua, không gồm chi phí thu gom và xử lý).

• Với algae (10,000 L/ha):

  • Area ≈ 4,563 ha.

  • Cultivation OPEX ≈ $3.65 million/yr.

  • Conversion cost ≈ $68.4 million/yr (vì conversion cost phụ thuộc vào lượng nhiên liệu, không diện tích).

  • Tổng ≈ $72.0 million/yr (nhìn bề ngoài thấp hơn nhưng CAPEX xây dựng cơ sở nuôi tảo và xử lý thường rất cao — có thể làm lệch lớn chi phí toàn hệ thống).

Lưu ý quan trọng về chi phí:

• Mình chỉ tính OPEX canh tác và chi phí chuyển đổi theo L, dùng giả định conversion cost làm đại diện cho CAPEX + OPEX nhà máy đã khấu hao—điều này làm cho ước tính đơn giản nhưng có thể không phản ánh thực tế CAPEX lớn (nhà máy sản xuất SAF, hạ tầng lưu trữ/tải, logistics, xử lý hydrogen cho PtL, v.v.).

• Chi phí thực tế phụ thuộc mạnh vào quy mô nhà máy (economy of scale), năng lực tái tạo tại nguồn, giá điện, chi phí nhân công, hợp đồng mua bán feedstock, v.v. Việc ước lượng CAPEX nhà máy HEFA/PtL chính xác cần thông số kỹ thuật và quy mô nhà máy cụ thể.

Kết luận tóm tắt — khuyến nghị

1. Độ nhạy với tiêu thụ nhiên liệu: thay đổi ±0.5 L/km thay đổi nhu cầu hàng năm khoảng ±20% cho 100 máy bay — vì vậy bất kỳ cải tiến hiệu suất nào trên máy bay đều có tác động lớn đến diện tích và chi phí sản xuất SAF.

2. Feedstock matters: sweet sorghum như Narita thử nghiệm phù hợp cho mô hình địa phương nhỏ và chuỗi cung ứng “sản xuất tại địa phương — tiêu thụ tại địa phương”, nhưng không đủ để cung cấp cho đội bay lớn trừ khi diện tích trồng rất lớn (hàng chục nghìn ha). Tảo và một số cỏ năng suất cao cho diện tích nhỏ hơn nhưng cần hạ tầng và CAPEX khác biệt. UCO là nguồn có ý nghĩa giới hạn — tốt cho giai đoạn đầu.

3. Chi phí: với giả định conversion cost ≈ $1.5/L, chi phí chuyển đổi là phần lớn tổng chi phí; canh tác tương đối nhỏ hơn nhưng không nhỏ nếu diện tích lớn. CAPEX ban đầu cho nhà máy và cơ sở hạ tầng logistics có thể làm tăng tổng chi phí đáng kể.