Nhiên liệu sinh học có tái tạo được không? Cuộc tranh luận đang diễn ra
Nhiên liệu sinh học được làm từ chất hữu cơ, được trồng trực tiếp để sản xuất nhiên liệu sinh học hoặc được thu gom từ chất thải sinh khối. Điều này làm cho nhiên liệu sinh học có thể tái tạo được. Ngoài ra, sự phát triển và đốt cháy của thực vật là trung tính carbon. Tuy nhiên, sản xuất nhiên liệu sinh học đòi hỏi nhiều đầu vào bên ngoài thải ra carbon dioxide và tác động đến môi trường. Nhiên liệu sinh học sẽ đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng của thế giới?
Nhiều người coi nhiên liệu sinh học là một con đường tiềm năng để khử cacbon cho các hệ thống phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, tuy nhiên vẫn còn nhiều tranh luận về việc liệu nhiên liệu sinh học có tái tạo được hay không. Kể từ khi ý tưởng về nhiên liệu sinh học như một công nghệ đột phá khả thi lần đầu tiên được đưa ra công chúng, mọi người đã đặt câu hỏi về tình trạng của nó như một nguồn năng lượng tái tạo.
Nhiên liệu sinh học là gì?
Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu có nguồn gốc từ vật chất sinh học (thực vật và động vật). So với nhiên liệu hóa thạch, vốn có quy trình sản xuất rất chậm, nhiên liệu sinh học cần một khung thời gian ngắn.
Nhiên liệu sinh học làm bằng gì | sản xuất nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học được làm từ thực vật và động vật. Mặc dù nhiên liệu sinh học đến từ các nguyên liệu tự nhiên, có thể tái tạo, nhưng chúng không phải là carbon trung tính. Các yếu tố, chẳng hạn như cạnh tranh lương thực để có đất canh tác, hoạt động phá rừng đáng ngờ và sử dụng nhiên liệu hóa thạch liên tục trong sản xuất nguyên liệu, là những cân nhắc quan trọng.
Ưu điểm và nhược điểm của nhiên liệu sinh học
Có rất nhiều ưu và nhược điểm của nhiên liệu sinh học. Bản chất của nhiên liệu sinh học như một nguồn tài nguyên tái tạo rất đơn giản. Nhiên liệu sinh học đến từ các loại cây trồng phát triển nhanh hoặc chất thải sinh khối mà nếu không sẽ bị chôn lấp. Nguyên liệu là hữu cơ và được trồng nhiều lần để tạo ra nhiên liệu sinh học mới. Đây là một trong những ưu điểm chính của nhiên liệu sinh học.
Ngoài ra, vòng đời thực tế của sinh khối là trung hòa carbon. Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển trong khi phát triển và sau đó giải phóng cùng một lượng khi chúng trải qua quá trình đốt cháy năng lượng. Vì vậy, nhiên liệu sinh học là nguồn nhiên liệu tái tạo.
Nguồn: Tạp chí Loner
Tuy nhiên, khi chúng tôi xem xét toàn bộ vòng đời sản xuất nhiên liệu sinh học, các yếu tố tác động khác tồn tại ngoài khả năng tái tạo của nó.
Sản xuất nguyên liệu ban đầu cho nhiên liệu sinh học đòi hỏi diện tích đất nông nghiệp lớn. Điều này dẫn đến tỷ lệ phá rừng và suy thoái môi trường gia tăng để tạo ra đủ đất canh tác. Kết quả là, các hệ thống sinh học tự nhiên bị phá vỡ, làm hỏng các bể chứa carbon tự nhiên và phá hủy môi trường sống của động vật. Đây là một trong nhiều nhược điểm của nhiên liệu sinh học.
Ngoài ra, nhiều nông dân có động lực tài chính cao hơn để sản xuất nhiên liệu sinh học trên đất của họ, giúp giảm lượng lương thực mà họ sản xuất ra cho con người và động vật một cách hiệu quả. Cuối cùng, nền nông nghiệp công nghiệp hóa, tạo ra một phần lớn các loại cây trồng trên thế giới, rất sử dụng nhiều carbon và chiếm một phần ba lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu.
Kết quả là, sản xuất nhiên liệu sinh học bao gồm một số nguồn carbon dioxide thể hiện.
Nguồn: Science Direct
Nhiên liệu sinh học có tốt cho môi trường không?
Ước tính lượng khí thải chính xác của việc chuyển đổi đất để sản xuất nguyên liệu nhiên liệu sinh học là một thách thức. Nói chung, nó phụ thuộc vào một số yếu tố liên quan đến môi trường và quy trình sản xuất.
Các phương pháp phát thải CO2 có thể xảy ra trong quá trình sản xuất và chế biến nguyên liệu nhiên liệu sinh học bao gồm:
phá rừng và giải phóng CO2 sau đó từ đất,
cày xới đất, một quy trình sử dụng nhiều carbon gây ra sự suy thoái đất và làm giảm chất sinh học có sẵn trong đất,
sản xuất phân bón, dựa trên nhiên liệu hóa thạch và làm giảm chất dinh dưỡng tự nhiên của đất,
việc sử dụng máy móc nông nghiệp và nhiên liệu xăng dầu và
chế biến nguyên liệu, vận chuyển và sản xuất nhiên liệu sinh học, cần năng lượng đầu vào.
Trong hầu hết các trường hợp này, chúng ta có thể sử dụng năng lượng tái tạo làm nguồn năng lượng để làm cho các quy trình này trung hòa carbon. Tuy nhiên, đảm bảo rằng năng lượng xanh có thể khó khăn, đặc biệt là ở các nước đang phát triển.
Trong khi đó, lượng khí thải carbon dioxide và khí nhà kính của quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học trong toàn bộ vòng đời thường ít hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch. Ví dụ: một gallon dầu diesel sinh học tạo ra lượng khí thải carbon dioxide ít hơn 74% so với cùng một lượng nhiên liệu diesel làm từ dầu mỏ. Đây là một sự khác biệt đáng kể, nhưng nó không làm cho nó trở thành một giải pháp thay thế không có carbon.
Ví dụ về nhiên liệu sinh học
Chúng tôi phân loại nhiên liệu sinh học thành ba loại liên quan đến loại nguyên liệu ban đầu được sử dụng trong sản xuất. Các loại này là thế hệ thứ nhất, thứ hai và thứ ba. Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất sử dụng các loại cây trồng theo hàng hiện có (cây lương thực), nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai sử dụng cellulose từ sinh khối (thực vật không dùng làm thực phẩm) và nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba dựa vào tảo. Mỗi dạng nhiên liệu sinh học đều có thể tái tạo, bất kể nguyên liệu đầu vào của nó là gì.
Dưới đây là bảng phân tích về ba thế hệ nhiên liệu sinh học hiện có:
Tạo nhiên liệu sinh học Nguồn năng lượng Nguồn ví dụ Nhiên liệu sinh học thu được
cây đường thế hệ thứ nhất củ cải đường, ethanol mía đường, butanol, propanol
tinh bột cây lúa miến, ngô ethanol, butanol, propanol
dầu hạt cải dầu, dầu diesel sinh học đậu tương
mỡ động vật mỡ động vật
dầu diesel
cellulose thế hệ thứ hai từ cây trồng phi lương thực và chất thải sinh khối rơm, lõi ngô, gỗ, chất thải gỗ và nhiên liệu sinh học cellulose sinh khối khác
tảo thế hệ thứ ba nguyên liệu tảo ethanol, butanol, v.v.
Hai loại nhiên liệu sinh học phổ biến nhất là etanol và dầu diesel sinh học.
Nhiên liệu sinh học Ethanol – Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất
Ethanol đến từ các nguồn sinh khối khác nhau, như ngô hoặc mía. Nó là một loại rượu, vì vậy nó hoạt động như một dung môi và một chất pha trộn. Trộn với nhiên liệu không thể tái tạo, nó làm tăng hiệu quả đốt cháy của chúng và giảm lượng khí thải tổng thể. Do đó, 98% xăng ở Hoa Kỳ có chứa một số tỷ lệ phần trăm ethanol.
Dầu diesel sinh học – Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai
Mặt khác, dầu diesel sinh học có tiềm năng to lớn trong việc giảm lượng chất thải đô thị và thương mại, bao gồm cả dầu và chất béo. Trong sản xuất dầu diesel sinh học, các chất béo và dầu này trộn với rượu. Hỗn hợp này cháy sạch hơn dầu diesel thông thường và thường được bán trên thị trường dưới dạng hỗn hợp 20-80% của dầu diesel sinh học và dầu diesel từ dầu mỏ.
Nhiên liệu sinh học tảo – Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba
Nhiên liệu sinh học tảo sử dụng tảo làm nguồn dầu. Các loại dầu được chiết xuất bằng siêu âm, phá vỡ thành tế bào, làm cho dầu có thể tiếp cận được. Các loại dầu này trải qua quá trình tinh chế và được kết hợp với metanol để tạo ra sản phẩm nhiên liệu sinh học cuối cùng. Cuối cùng, phần sinh khối còn lại được đưa trở lại hệ thống để làm nguyên liệu cho thế hệ tảo tiếp theo.
Ngoài ra, tảo có thể được trồng trên quy mô lớn ở những nơi có đất không canh tác được và ít được ưa chuộng hơn. Mặc dù đây là một trong những loại nhiên liệu sinh học tiên tiến và mới nhất, nhưng nó rất hứa hẹn. Ví dụ: tảo biến đổi gen và rong biển có thể làm tăng đáng kể việc sản xuất dầu.
Nguồn: Mongabay
Nhiên liệu sinh học tái tạo có quan trọng đối với quá trình khử cacbon trong tương lai không?
Nhiên liệu sinh học có tiềm năng to lớn để giảm lượng khí thải CO2, nhưng chỉ khi nguyên liệu được trồng, thu hoạch và chế biến bền vững. Tuy nhiên, công nghệ này cần được chấp nhận rộng rãi hoặc có quy mô sản xuất thay thế nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Tuy nhiên, cuộc khủng hoảng năng lượng đang diễn ra có thể sẽ làm mới và tăng cường mối quan tâm đến nhiên liệu sinh học, đảm bảo đầu tư nhiều hơn vào lĩnh vực này. Khi công nghệ được cải thiện và sản xuất nhiên liệu sinh học trở nên sinh lợi hơn, nó sẽ là một giải pháp thay thế khả thi cho xăng dầu. Tóm lại, đây là cơ hội để tránh xa các vấn đề xã hội, chính trị và kinh tế liên quan đến nhiên liệu hóa thạch.
