Quy trình có thể biến đổi bền vững chất thải sinh khối thành nhiên liệu và hóa chất
Thay vì xử lý chất thải trong thùng rác và bãi chôn lấp, một nhà nghiên cứu của Texas A&M đề xuất rằng sinh khối được sử dụng như một nguồn tài nguyên tái tạo.
Bởi Michelle Revels, Đại học Kỹ thuật Texas A&M ngày 7 tháng 2 năm 2023
Giáo sư Mark Holtzapple đã phát triển một quy trình chuyển đổi các vật liệu có thể phân hủy sinh học, chẳng hạn như bùn thải hoặc chất thải thực phẩm, thành nhiên liệu và hóa chất.
Kỹ thuật A&M Texas
Trong 200 năm qua, xã hội đã trải qua quá trình chuyển đổi năng lượng lớn liên quan đến việc giới thiệu các nguồn năng lượng mới, chẳng hạn như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên. Để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, thế giới phải trải qua một quá trình chuyển đổi năng lượng khác, trong đó nhiên liệu và hóa chất được lấy từ các nguyên liệu bền vững.
Nguyên liệu duy nhất thiết thực, bền vững là sinh khối - bất cứ thứ gì có thể phân hủy sinh học. Mặc dù hiện nay có các loại nhiên liệu và hóa chất được làm từ sinh khối, chẳng hạn như ngô, đường và dầu thực vật, nhưng những nguyên liệu này không đủ dồi dào để có thể mở rộng quy mô. Đổi mới quy trình là cần thiết để tiếp cận nguồn nguyên liệu sinh khối dồi dào hơn nhằm đạt được các giải pháp khả thi và lâu dài.
Mark Holtzapple, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học Artie McFerrin tại Đại học Texas A&M, đã dành hơn ba thập kỷ để tạo ra một phương pháp chuyển đổi sinh khối thành nhiên liệu và hóa chất thiết yếu, chẳng hạn như nhiên liệu máy bay và axit axetic.
Holtzapple cho biết: “Thay vì xử lý chất thải sinh khối ở bãi rác, chúng ta có thể sử dụng nguồn tài nguyên tái tạo này làm nguyên liệu thô. “Điều này có thể tác động đáng kể đến xã hội bằng cách cung cấp một cách có giá trị để sử dụng chất thải, giúp ích cho môi trường, giải quyết vấn đề nóng lên toàn cầu, tăng cường sức khỏe con người và giảm bớt nhu cầu về nhiên liệu hóa thạch.”
Holtzapple gọi phương pháp của mình là quy trình MixAlco. Trong quy trình của ông, sinh khối - giấy vụn, chất thải rắn đô thị, bùn thải, phân động vật, phế liệu thực phẩm hoặc cây năng lượng được trồng có mục đích - được thêm vào bể nhựa hoặc bê tông. Sinh khối được cấy vào đất có chứa các vi sinh vật tự nhiên phân hủy sinh khối thành các axit hữu cơ, từ axit axetic hai cacbon (thường được gọi là giấm) đến axit octanoic tám cacbon (thường được gọi là axit caprylic).
Theo Holtzapple, chìa khóa của quy trình MixAlco là thêm chất ức chế vào bể để ngăn chặn quá trình sản xuất khí mê-tan, điều thường xảy ra trong các bể phân hủy sinh khối thông thường. Khi sinh khối nằm trong bể, axit hữu cơ tích tụ có thể được phục hồi.
Bởi vì hóa học chuyển đổi axit hữu cơ thành nhiên liệu và hóa chất đã được nghiên cứu rộng rãi trong vài thập kỷ qua, nên hiện có các phương pháp chuyển đổi hóa học. Sử dụng các quy trình nổi tiếng này, axit thu hồi từ quy trình MixAlco có thể dễ dàng chuyển đổi thành xăng, nhiên liệu máy bay hoặc hóa chất công nghiệp.
Tổng cộng, quá trình chuyển đổi này mất khoảng một tháng, nhưng vì bình chứa không đắt nên quá trình này rất kinh tế.
Holtzapple cho biết: “Quá trình này có thể biến đổi sinh khối thành hầu hết mọi loại nhiên liệu hoặc hóa chất hiện được sản xuất từ dầu mỏ và khí đốt tự nhiên. “Những phát hiện này cho phép chúng tôi chuyển đổi chất thải sinh khối thành các sản phẩm hữu ích mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội.”
Ngoài việc cung cấp một giải pháp thay thế năng lượng, quá trình tự nhiên này còn có những lợi thế khác. Nếu chất thải thực phẩm được chuyển đổi thành hóa chất, hóa chất thu được sẽ an toàn cho con người. Ngoài ra, các sản phẩm này trung hòa carbon, nghĩa là chúng sẽ không giải phóng carbon ròng vào khí quyển.
Gần đây, công ty thành phần sinh học BioVeritas đã bắt đầu thương mại hóa quy trình của Holtzapple. Đến năm 2025, quy trình sẽ đi vào hoạt động, với mục tiêu sản xuất 20.000 tấn sản phẩm/năm.
Holtzapple cho biết: “Texas có rất nhiều đất đai và nó có thể phát triển một lượng sinh khối đáng kể. “Để bền vững hơn, Texas cần chuyển đổi nền kinh tế của chúng ta bằng cách chuyển đổi sinh khối thành nhiên liệu và hóa chất.”
