Từ đất đến khả năng cô lập, các nhà nghiên cứu tại Đại học Princeton và Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Sinh học Great Lakes đã mô hình hóa chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai ở vùng Trung Tây Hoa Kỳ.
Dòng nguyên liệu thông qua mạng lưới chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học. Ký hiệu mô hình hóa cho thấy các cách tiềm năng mà sinh khối i ∈ IF , sản phẩm trung gian i ∈ I ID , sản phẩm phụ i ∈ I B và nhiên liệu sinh học i ∈ IP chảy qua ba loại nút trong chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học. Nguồn: Năng lượng thiên nhiên (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01532-8
Những nhiên liệu sinh học thế hệ tiếp theo này đang nổi lên như một sự thay thế bền vững hơn cho xăng và dầu diesel có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, nếu được quản lý cẩn thận, có thể loại bỏ nhiều khí nhà kính khỏi khí quyển hơn mức chúng thải ra trong suốt vòng đời của chúng.
Và không giống như nhiên liệu sinh học thông thường hoặc thế hệ thứ nhất, được sản xuất từ các loại cây trồng như ngô và mía có thể được sử dụng làm thực phẩm, nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp hoặc cây phi lương thực được trồng trên năng suất thấp hoặc đất bị bỏ hoang gần đây.
Tuy nhiên, là một công nghệ vẫn còn non trẻ, những loại nhiên liệu thế hệ tiếp theo này phải đối mặt với sự không chắc chắn đáng kể về vai trò của chúng trong tương lai năng lượng ít carbon.
Các nghiên cứu trước đây về nhiên liệu sinh học có xu hướng hướng tới hai thái cực, hoặc tập trung vào dữ liệu "sinh học" - kết hợp tăng trưởng cây trồng, năng suất và sử dụng đất mà không xem xét chi tiết các mối quan tâm về chuỗi cung ứng ở hạ nguồn - hoặc "nhiên liệu" - vạch ra chuỗi cung ứng và thiết kế nhà máy lọc sinh học sử dụng dữ liệu đất đai và cây trồng quá đơn giản.
Nghiên cứu của Princeton kết hợp hai quan điểm để đưa ra dự báo toàn diện hơn về chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học trên khắp khu vực tám bang ở Trung Tây, dựa trên dữ liệu rất chi tiết. Phát hiện của họ được công bố ngày 22 tháng 5 trên tạp chí Nature Energy .
Christos Maravelias, Giáo sư Năng lượng và Môi trường của Gia đình Anderson, đồng thời là giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học, cho biết: “Những gì chúng tôi đang làm với nghiên cứu này là kết hợp hai cách tiếp cận khác nhau để nghiên cứu nhiên liệu sinh học”. "Rất nhiều dữ liệu chất lượng cao ở quy mô không gian tinh tế đã được đưa vào phân tích của chúng tôi, mang lại cho chúng tôi cái nhìn toàn diện hơn nhiều về các hệ thống này."
Tối ưu hóa từ giai đoạn tăng trưởng cây trồng đến nơi cô lập
Chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học rất phức tạp. Nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học phải được trồng và thu hoạch từ mạng lưới đất đai rời rạc. Những nguyên liệu đó sau đó phải được vận chuyển đến một nhà máy lọc dầu nằm ở trung tâm. Tại nhà máy lọc dầu, một số công nghệ khác nhau có thể chuyển đổi vật chất thực vật thành nhiên liệu sinh học lỏng và bất kỳ lượng khí thải carbon nào được tạo ra thông qua quá trình chuyển đổi đều có thể được thu giữ và sau đó được cô lập ở bên ngoài.
Do đó, các quyết định được đưa ra ở mọi điểm trong chuỗi cung ứng có thể dẫn đến các hệ thống có tác động khác nhau về chi phí và khí thải, từ cây trồng được chọn làm nguyên liệu thô đến khoảng cách giữa cánh đồng và nhà máy lọc dầu cũng như công nghệ được sử dụng để chuyển đổi nhà máy thành nhiên liệu sinh học.
Đồng tác giả Caleb Geissler, một nghiên cứu sinh tại Đại học New York, cho biết: “Ngay cả những quyết định dường như biệt lập hoặc không liên quan, chẳng hạn như bạn dự định cung cấp bao nhiêu ưu đãi cho việc thu hồi carbon hoặc công nghệ chuyển đổi nào bạn ưa thích, cũng có thể có tác động đáng kể đến thiết kế cảnh quan của nền kinh tế sinh học”. kỹ thuật hóa học và sinh học.
Do đó, Geissler cho biết, thiết kế cảnh quan tối ưu phụ thuộc vào mục tiêu ban đầu: nên sản xuất số lượng nhiên liệu sinh học nào, với chi phí bao nhiêu và cường độ carbon bao nhiêu?
Trong khi các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng mô hình của họ không được thiết kế đặc biệt như một công cụ ra quyết định, Maravelias cho biết nó cung cấp những hiểu biết có giá trị về kinh tế và tác động môi trường của nền kinh tế sinh học trong tương lai. Và vì nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai vẫn chưa được thương mại hóa rộng rãi nên nghiên cứu chủ động hiện nay có thể cung cấp thông tin cho những nỗ lực nhằm đảm bảo nhiên liệu được triển khai một cách có ý nghĩa vào hệ thống năng lượng trong tương lai.
Maravelias cho biết: “Mô hình này tính đến tất cả các thành phần của hệ thống, vì vậy chúng tôi có thể sử dụng nó để trả lời nhiều loại câu hỏi khác nhau”. "Chúng tôi có thể sử dụng nó để xác định cách tối ưu để sản xuất một lượng nhiên liệu sinh học nhất định đồng thời giảm thiểu chi phí kinh tế. Chúng tôi có thể sử dụng nó để xác định hệ thống sản xuất cùng một lượng nhiên liệu trong khi giảm thiểu tác động đến môi trường. Hoặc chúng tôi có thể nhờ nó thiết kế một hệ thống." điều đó tạo nên sự cân bằng giữa hai điều đó."
Nêu bật tác động của chính sách
Sử dụng mô hình của họ, nhóm nghiên cứu cũng có thể thăm dò vai trò của các ưu đãi chính sách trong việc định hình các công nghệ ưa thích và tác động phát thải của chuỗi cung ứng nhiên liệu sinh học.
Ví dụ: nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng khoản tín dụng thuế 45Q cho việc thu hồi carbon, cung cấp 85 USD cho mỗi tấn carbon được cô lập, đủ khuyến khích thu hồi carbon trên toàn hệ thống. Tuy nhiên, giá trị tín dụng thuế dưới 60 USD/tấn carbon—khoản tín dụng thuế 45Q chỉ có giá trị 50 USD trước Đạo luật Giảm lạm phát năm 2022—không đủ để thúc đẩy đầu tư vào thu hồi và cô lập carbon.
Trong trường hợp này, hệ thống tạo ra thay vì loại bỏ lượng khí thải carbon, mặc dù nó vẫn tạo ra lượng khí thải ít hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch ngày nay.
Geissler cho biết: “Ngay cả khi giá trị của khuyến khích thay đổi, chúng tôi vẫn muốn kết quả của mình mang tính thông tin”. “Đó cũng là một cách để thông báo cho các nhà hoạch định chính sách về cách thức khuyến khích khác nhau hỗ trợ các công nghệ và cấu hình khác nhau cho hệ thống.”
Và trong khi các chương trình khuyến khích hiện tại chỉ ấn định giá trị bằng tiền cho lượng carbon thu được tại chính nhà máy lọc dầu, các nhà nghiên cứu cũng lập mô hình các kịch bản thay thế nhằm tìm cách giảm thiểu lượng khí thải từ toàn bộ chuỗi cung ứng, bao gồm cả lượng khí thải trực tiếp từ giao thông vận tải và lượng khí thải gián tiếp thể hiện trong điện năng sử dụng. để cấp điện cho hệ thống.
Những kịch bản thay thế này thậm chí còn nêu bật nhiều sự cân bằng hơn. Khoản tín dụng thuế sẽ phải có giá trị ít nhất là 79 USD/tấn để bắt đầu khuyến khích thu hồi carbon tại nhà máy lọc dầu và trị giá khoảng 100 USD/tấn để lắp đặt thu hồi carbon tại mỗi nhà máy lọc dầu. Dưới những giá trị đó, việc giảm vận chuyển và bù đắp lượng khí thải từ điện mua trước khi đầu tư vào thu hồi carbon thường sẽ hiệu quả hơn về mặt chi phí.
Các nhà nghiên cứu thậm chí còn vạch ra các lộ trình giảm thiểu lượng khí thải carbon ngoài các biện pháp khuyến khích tài chính, sử dụng tiềm năng hấp thụ carbon của đất cụ thể tại địa điểm và các quyết định quản lý, chẳng hạn như có nên bón phân hay không, để mang lại thiết kế cảnh quan với lợi ích môi trường tổng thể lớn nhất.
Maravelias cho biết: “Bởi vì nhiên liệu sinh học thế hệ tiếp theo này vẫn đang nổi lên như một công nghệ nên mô hình chúng tôi phát triển cho phép chúng tôi đảm bảo rằng chúng tôi đang thiết kế các hệ thống này một cách phù hợp”. “Điều quan trọng là phải có càng nhiều thông tin càng tốt ngay bây giờ, trước khi chúng ta tự nhốt mình vào những công nghệ và cấu hình hệ thống kém lý tưởng.”
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
