Việc chuyển đổi 40 triệu mẫu trang trại ngô ethanol của quốc gia thành các cơ sở sử dụng năng lượng mặt trời cộng với thực phẩm sẽ tạo ra lượng điện gấp 1,5 lần nhu cầu điện của quốc gia chúng ta, đồng thời cung cấp năng lượng cho đội xe chở khách chạy điện 100%.
Hình ảnh: Next2Sun
Ethanol thải ra nhiều khí nhà kính hơn lượng xăng mà nó được cho là sẽ thay thế. Ngoài ra, các trang trại sản xuất ethanol (ngô) chưa tận dụng hết một trong những nguồn tài nguyên lớn nhất mà chúng ta có – đất đai.
Trong số ~ 92 triệu mẫu ngô trồng ở Mỹ mỗi năm, khoảng 40 triệu mẫu (1,6% diện tích đất cả nước) chủ yếu được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho ô tô và tăng chỉ số octan của xăng. Nếu vùng đất này được tái sử dụng bằng năng lượng mặt trời, nó có thể cung cấp khoảng ba lần rưỡi nhu cầu điện của Hoa Kỳ, tương đương với gần tám lần năng lượng cần thiết để cung cấp năng lượng cho tất cả các phương tiện chở khách của quốc gia nếu chúng được điện khí hóa.
Tuy nhiên, nếu chúng ta chuyển 40 triệu mẫu đất này làm nhiên liệu sang năng lượng mặt trời + thực phẩm (nông nghiệp) - chúng ta vẫn có thể đáp ứng 100% nhu cầu điện và cung cấp năng lượng cho đội xe điện trên toàn quốc.
Nghiên cứu gần đây của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley cho thấy rằng năng lượng mặt trời quy mô tiện ích ở Hoa Kỳ tạo ra từ 394 đến 447 MWh mỗi mẫu Anh mỗi năm. (Đối với tài liệu này, chúng tôi giả định mức năng lượng thận trọng hơn là 350 MWh/mẫu Anh)*. Như vậy, chỉ cần một mẫu pin mặt trời cũng có thể cung cấp đủ năng lượng để chạy chiếc xe điện phổ biến nhất nước Mỹ – Tesla Model Y – gần 1,3 triệu dặm mỗi năm.
Hình ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley
LBL
Trong một năm thuận lợi, một mẫu ngô dự kiến sẽ tạo ra khoảng 328 gallon ethanol. Vì ethanol chỉ chứa ⅔ năng lượng của xăng nên một chiếc SUV crossover có thể so sánh được với tốc độ trung bình 30 dặm/gallon sẽ chỉ đi được 6.600 dặm/năm trên diện tích ngô đó.
Đó không phải là lỗi đánh máy. các tấm pin mặt trời tạo ra năng lượng trên mỗi mẫu Anh cao hơn khoảng 200 lần so với ngô. Con số nổi bật này tạo nên một cơ hội chắc chắn để ủng hộ việc chuyển đổi phương tiện sang điện – và đó là trước khi chúng ta tính đến những lợi ích về môi trường và sức khỏe do việc giảm đáng kể lượng khí thải.
Tin tức 'gần đây' rằng ethanol của Mỹ thải ra lượng khí thải nhiều hơn 24% so với xăng, trên thực tế là tin cũ. Chính trị ở Hoa Kỳ, bị ảnh hưởng bởi các ngành công nghiệp nông nghiệp, sản xuất phân bón sử dụng nhiên liệu hóa thạch, và có lẽ là động cơ thầm kín có thiện chí trong việc bảo lãnh lương thực cho an ninh quốc gia, đã dẫn đến một chương trình trợ cấp lớn cho người trồng ngô.
Trên thực tế, kể từ năm 1980, gần như toàn bộ diện tích đất bổ sung được sử dụng để trồng ngô đều dùng để làm nhiên liệu cho phương tiện chứ không phải cho con người. Chúng ta không cần chỉ trích nông dân - họ chỉ đơn giản sản xuất những gì thị trường yêu cầu. Nhưng những yêu cầu này, mà nền văn minh của chúng ta áp đặt lên đất đai của chúng ta, đã dẫn đến những hậu quả sâu rộng.
Ngô đặc biệt giỏi trong việc hút chất dinh dưỡng từ đất của chúng ta. Việc khôi phục các chất dinh dưỡng này đòi hỏi phải sử dụng phân bón có nguồn gốc từ nguyên liệu nhiên liệu hóa thạch và tạo ra nhiều khí thải CO2 hơn bất kỳ quá trình hóa học nào do con người thực hiện trên trái đất. Trong khi đó, năng lượng mặt trời cũng có thể giúp giảm bớt cuộc khủng hoảng phát thải cố định đạm của chúng ta bằng cách kéo phân bón ra khỏi không khí loãng.
Lưu ý đến những yếu tố này, chúng tôi đề xuất một sáng kiến an ninh quốc gia mới – một sáng kiến kết hợp sản xuất điện mặt trời với sản xuất lương thực để giải quyết nhiều vấn đề cùng một lúc. Chúng tôi kêu gọi các chủ đất, nhà phát triển và nhà lập pháp ưu tiên thay thế ngô trên cánh đồng ethanol bằng hoạt động nông nghiệp. Các hoạt động này cần nhắm mục tiêu cụ thể đến các địa điểm có nguy cơ rò rỉ phân bón cao nhất. Đã đến lúc đưa xã hội nông nghiệp của chúng ta bước vào thế kỷ 21.
Và, chỉ vì mục đích đảm bảo an ninh nhiên liệu, chúng ta hãy kết hợp một số hoạt động sản xuất hydro vào bức tranh.
#AgrivoltaicsforEthanol
Bốn mươi triệu mẫu ngô trồng ethanol có thể được sử dụng để tạo ra 14 petawatt giờ điện mặt trời nếu được triển khai theo các kỹ thuật lắp đặt tiêu chuẩn, hiệu quả cao. Xin nhắc lại – năng lượng đó cao gấp 3,5 lần mức tiêu thụ điện hiện tại của Hoa Kỳ.
Tuy nhiên, đó không phải là mục tiêu của chúng tôi.
Mặc dù chúng ta vẫn đang ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển nông điện, nhưng công bằng mà nói thì các cơ sở năng lượng mặt trời và thực phẩm sẽ tạo ra ít nhất một nửa lượng điện trên mỗi mẫu Anh khi chúng ta chừa không gian cho máy nông nghiệp. Một phân tích từ Đức cho thấy khoai tây có thể được trồng ở mức 80% khối lượng ban đầu, trong khi điện cũng có thể đạt tới 80% tiềm năng.
Trong kịch bản chúng tôi chỉ thu được 50% sản lượng mặt trời từ đất, các mẫu đất được tái sử dụng của chúng tôi sẽ tạo ra khoảng 7 petawatt giờ điện mỗi năm. Con số này gấp 8 lần lượng điện cần thiết (~0,88 PWhrs/năm) để chạy 3,26 nghìn tỷ dặm ô tô chở khách ở Mỹ mỗi năm và đủ để điện khí hóa cả nước gấp 1,5 lần.
Tất nhiên, chúng ta không cần (hoặc có lẽ chưa muốn) chỉ cung cấp năng lượng cho Hoa Kỳ bằng năng lượng mặt trời. Vì vậy, chúng tôi đề nghị cung cấp năng lượng cho quốc gia chỉ bằng 50% năng lượng mặt trời - từ đó thiết lập nguồn điện cho ô tô và mức sử dụng năng lượng chung của chúng ta vào khoảng 16-21 triệu mẫu Anh.
Nếu thành thật mà nói về điện khí hóa, chúng ta phải thừa nhận với bản thân rằng 40 triệu mẫu ngô mà chúng ta trộn với xăng đang cản trở con đường này. Nhưng nếu chúng ta muốn hỗ trợ nông dân của mình, đồng thời tạo ra một lượng lớn điện tại địa phương, an toàn, sạch - và chắc chắn như mặt trời mọc - giá điện có thể dự đoán được, chúng ta phải cân nhắc việc đổi etanol của mình lấy điện năng nông nghiệp.
#AgrivoltaicsforEthanol
*Bài viết này có một số lưu ý.
Ví dụ, cách giải thích của tác giả này về công suất năng lượng mặt trời và điện năng trên mỗi mẫu Anh mỗi năm trong nghiên cứu đang ở mức cao hơn trong các ước tính (hiện tại), vì nghiên cứu được trích dẫn tập trung cụ thể vào đất sử dụng cho năng lượng mặt trời - nhưng ít hơn trên đất hỗ trợ mặt trời. Một ước tính từ một nhà lập mô hình có uy tín đã đề xuất rằng chúng tôi sử dụng giá trị 220 MWh/mẫu Anh/năm – thấp hơn 37% so với 350 MWh/mẫu Anh/năm trong bài viết này và khoảng một nửa giá trị 447 MWh/mẫu Anh/năm trong bài nghiên cứu được trích dẫn .
Một cuộc tranh luận khác là số lượng mẫu đất chính xác mà chúng ta nên nói cụ thể là mẫu đất ethanol - đây là điều đã được nhiều người nghiên cứu và có thể thay đổi tùy theo nguồn.
Ngoài ra, vẫn còn nhiều câu hỏi liên quan đến quy mô lưu trữ năng lượng, triển khai đường dây điện cao thế, lập kế hoạch sạc xe điện, tổn thất năng lượng khi sạc/xả và có nên sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra và nén hydro hay không. Có nhiều con đường có thể thực hiện được, nhưng trước tiên chúng ta phải loại bỏ quan niệm cổ xưa cho rằng diện tích trồng ngô là bất khả xâm phạm.
