Bước tiến tiếp theo trong ngành hàng không sạch? Nhiên liệu phản lực từ rác thải đô thị
Bài viết của Kellie Nault, Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson, Đại học Harvard
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Hàng không hiện đóng góp khoảng 2,5% tổng lượng khí thải carbon toàn cầu, và với nhu cầu di chuyển bằng đường hàng không dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2040, việc cắt giảm lượng khí thải này đã trở thành một ưu tiên cấp bách. Một hướng đi mới là nhiên liệu hàng không bền vững, một giải pháp thay thế ít carbon được làm từ các nguyên liệu thô như dầu ăn đã qua sử dụng và cây trồng. Tuy nhiên, bất chấp tiềm năng, nhiên liệu hàng không bền vững chỉ chiếm chưa đến 1% lượng nhiên liệu phản lực toàn cầu được sử dụng, chủ yếu do chi phí sản xuất cao và nguồn cung hạn chế.
Một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Sustainability chỉ ra một bước đột phá đầy hứa hẹn: sử dụng rác thải rắn đô thị làm nguyên liệu thô đáng tin cậy, ít phát thải và tiết kiệm chi phí cho nhiên liệu hàng không bền vững.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Thanh Hoa và Dự án Harvard-Trung Quốc về Năng lượng, Kinh tế và Môi trường đã đánh giá nhiên liệu phản lực từ chất thải rắn đô thị được sản xuất thông qua quá trình khí hóa quy mô công nghiệp và tổng hợp Fischer-Tropsch. Phân tích vòng đời cho thấy nhiên liệu phản lực được làm từ chất thải đô thị có thể giảm 80–90% lượng khí thải nhà kính so với nhiên liệu phản lực thông thường. Rào cản kỹ thuật chính nằm ở việc mở rộng quy mô các hệ thống khí hóa để sử dụng rộng rãi.
"Không giống như vận tải đường bộ, vốn đang nhanh chóng chuyển sang điện khí hóa, không có giải pháp toàn diện nào để đạt được mục tiêu hàng không trung hòa carbon", Jingran Zhang, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Dự án Harvard-Trung Quốc, được Viện Khí hậu và Bền vững Salata tại Harvard hỗ trợ, cho biết. "Việc biến rác thải hàng ngày thành nhiên liệu phản lực có thể là một bước tiến đột phá nhưng quan trọng trong ngắn hạn hướng tới hàng không sạch hơn. Bằng cách chuyển đổi chất thải đô thị thành nhiên liệu phản lực ít carbon vốn đã được sử dụng trong các động cơ hiện nay, chúng ta có thể bắt đầu cắt giảm khí thải ngay lập tức mà không cần chờ đợi công nghệ trong tương lai."
Chất thải rắn đô thị làm nguyên liệu đầu vào
Chất thải rắn đô thị bao gồm các chất hữu cơ như thức ăn thừa và giấy, cũng như nhựa và kim loại. Theo truyền thống, phần lớn chất thải này được chôn lấp hoặc đốt, gây tốn đất hoặc có thể góp phần gây ô nhiễm không khí. Khi không gian chôn lấp bị thu hẹp và lượng chất thải phát sinh tăng lên, việc chuyển đổi chất thải rắn đô thị thành nhiên liệu lỏng có thể tiết kiệm đất, giảm phát thải và tạo ra năng lượng sạch hơn, giúp các thành phố hướng tới mục tiêu không rác thải.
Nghiên cứu của Harvard khám phá tiềm năng chưa được nghiên cứu đầy đủ của nhiên liệu phản lực từ chất thải rắn đô thị, sử dụng dữ liệu thực tế về công nghệ khí hóa Fischer-Tropsch. Các nhà nghiên cứu đã phân tích các nguồn phát thải chính, tính toán tác động của khí nhà kính và xác định các phương pháp để tăng hiệu suất.
Họ phát hiện ra rằng mặc dù quy trình này làm giảm đáng kể lượng khí thải, nhưng chỉ khoảng 33% carbon đầu vào được chuyển đổi thành nhiên liệu do sự không phù hợp về thành phần khí. Hiệu suất có thể được cải thiện bằng cách thu giữ carbon dioxide hoặc bổ sung hydro xanh, được sản xuất bằng năng lượng tái tạo, trong quá trình xử lý.
Tiềm năng của nhiên liệu hàng không bền vững từ chất thải rắn đô thị và sự đóng góp của nó vào nhu cầu nhiên liệu phản lực ở các khu vực và kịch bản khác nhau. Nguồn: McElroy Group / Harvard SEAS
Tác động toàn cầu
Nhiều quốc gia đang tăng cường nỗ lực để ngành hàng không bền vững hơn bằng cách áp dụng nhiên liệu sạch hơn. Tại Hoa Kỳ, chính phủ đặt mục tiêu sản xuất tới 35 tỷ gallon nhiên liệu hàng không bền vững hàng năm vào năm 2050, với sự hỗ trợ của các ưu đãi tài chính mạnh mẽ. Tại Liên minh Châu Âu, các quy định mới sẽ yêu cầu tất cả các chuyến bay khởi hành phải tăng dần tỷ lệ nhiên liệu hàng không bền vững, từ 2% vào năm 2025 lên 70% vào năm 2050. Trên phạm vi toàn cầu, chương trình CORSIA của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế yêu cầu các nhà khai thác phải bù đắp lượng khí thải tăng trưởng, điều này có thể được thực hiện bằng cách mua các khoản bù trừ đủ điều kiện hoặc bằng cách sử dụng nhiên liệu bền vững.
Nghiên cứu đã xem xét cách thức chuyển đổi chất thải rắn đô thị thành nhiên liệu hàng không bền vững trong một số kịch bản. Trong trường hợp thực tế nhất, chất thải rắn đô thị toàn cầu có thể tạo ra khoảng 50 triệu tấn (62 tỷ lít) nhiên liệu máy bay trên toàn cầu, cắt giảm khoảng 16% lượng khí thải nhà kính của ngành hàng không. Nếu hệ thống quản lý và chuyển đổi chất thải không hiệu quả, lợi ích sẽ giảm đáng kể.
Tuy nhiên, nếu hydro xanh được tích hợp vào quy trình, sản lượng có thể đạt 80 triệu tấn mỗi năm, đủ để cung cấp tới 28% nhu cầu nhiên liệu máy bay phản lực toàn cầu và giảm lượng khí thải tới 270 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm.
Tại châu Âu, sản lượng dự kiến sẽ vượt quá mục tiêu pha trộn nhiên liệu máy bay phản lực của Liên minh châu Âu mà vẫn tuân thủ các tiêu chuẩn bền vững. Về mặt kinh tế, nghiên cứu cho thấy việc áp dụng nhiên liệu máy bay phản lực từ chất thải rắn đô thị có thể giúp các hãng hàng không tiết kiệm chi phí theo các hệ thống định giá carbon như CORSIA, đặc biệt khi tính đến các ưu đãi và trợ cấp của chính phủ.
Cuối cùng, nhiên liệu hàng không bền vững hiện chỉ chiếm chưa đến 1% lượng nhiên liệu máy bay phản lực toàn cầu, chủ yếu là do
Chi phí sản xuất cao. Điều này nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về hành động chính sách mạnh mẽ và các ưu đãi tài chính để mở rộng nguồn cung.
"Nghiên cứu này trình bày một kế hoạch chi tiết cho việc chuyển đổi rác thải đô thị thành nhiên liệu hàng không bền vững, mang lại lợi ích kinh tế và môi trường trong tương lai", tác giả chính Michael B. McElroy, Giáo sư Gilbert Butler về Nghiên cứu Môi trường tại Đại học Harvard và là chủ tịch Dự án Năng lượng, Kinh tế và Môi trường Harvard-Trung Quốc, cho biết. "Trong tương lai, sự hợp tác rộng rãi giữa các chính phủ, nhà sản xuất nhiên liệu, hãng hàng không và nhà sản xuất máy bay sẽ rất cần thiết để tăng sản lượng, giảm chi phí và đẩy nhanh lộ trình đạt mức phát thải ròng bằng 0 của ngành hàng không."
Thông tin thêm: Jingran Zhang và cộng sự, Cung cấp năng lượng cho du lịch hàng không bằng nhiên liệu phản lực có nguồn gốc từ rác thải rắn đô thị, Nature Sustainability (2025). DOI: 10.1038/s41893-025-01644-3
Thông tin tạp chí: Nature Sustainability
