Sản xuất phân bón không thải khí carbon

Sản xuất phân bón không thải khí carbon

    Sản xuất phân bón không thải khí carbon

    fertilizer

    Ảnh: CC0


    Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich và Viện Khoa học Carnegie đã chỉ ra cách sản xuất phân bón nitơ bền vững hơn. Điều này là cần thiết không chỉ để bảo vệ khí hậu mà còn để giảm sự phụ thuộc vào khí đốt tự nhiên nhập khẩu và tăng cường an ninh lương thực.

    Nông nghiệp thâm canh chỉ có thể thực hiện được nếu đất được bón phân đạm, lân và kali. Trong khi phốt pho và kali có thể được khai thác dưới dạng muối, thì phân đạm phải được sản xuất một cách công phu từ nitơ trong không khí và từ hydro. Và, việc sản xuất hydro cực kỳ tốn năng lượng, hiện đang cần một lượng lớn khí đốt tự nhiên hoặc - như ở Trung Quốc - than đá. Bên cạnh việc tạo ra lượng khí thải carbon lớn tương ứng, sản xuất phân đạm dễ bị ảnh hưởng bởi các cú sốc giá trên thị trường nhiên liệu hóa thạch.

    Paolo Gabrielli, Nhà khoa học cấp cao tại Phòng thí nghiệm Độ tin cậy và Kỹ thuật Rủi ro tại ETH Zurich, đã hợp tác với Lorenzo Rosa, Điều tra viên chính tại Viện Khoa học Carnegie ở Stanford, Hoa Kỳ, để điều tra các phương pháp sản xuất phân bón nitơ khác nhau không có carbon.

    Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Environmental Research Letters, hai nhà nghiên cứu kết luận rằng có thể có sự chuyển đổi trong sản xuất nitơ và sự chuyển đổi như vậy cũng có thể làm tăng an ninh lương thực. Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất thay thế đều có ưu điểm và nhược điểm. Cụ thể, hai nhà nghiên cứu đã kiểm tra ba lựa chọn thay thế:

    Sản xuất lượng hydro cần thiết bằng cách sử dụng nhiên liệu hóa thạch như trong hoạt động kinh doanh thông thường, chỉ thay vì thải khí nhà kính CO2 vào khí quyển, khí này được thu giữ trong các nhà máy sản xuất và lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất (thu giữ và lưu trữ carbon, CSS). Điều này không chỉ đòi hỏi cơ sở hạ tầng để thu, vận chuyển và lưu trữ CO2 mà còn cần nhiều năng lượng hơn tương ứng. Mặc dù vậy, nó là một phương pháp sản xuất tương đối hiệu quả. Tuy nhiên, nó không làm gì để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
    Điện khí hóa sản xuất phân bón bằng cách sử dụng điện phân nước để sản xuất hydro. Điều này đòi hỏi năng lượng trung bình gấp 25 lần so với phương pháp sản xuất ngày nay sử dụng khí đốt tự nhiên, do đó sẽ cần một lượng điện khổng lồ từ các nguồn trung hòa carbon. Đối với các quốc gia có nhiều năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió, đây có thể là một phương pháp hấp dẫn. Tuy nhiên, với các kế hoạch điện khí hóa các lĩnh vực khác của nền kinh tế dưới danh nghĩa hành động khí hậu, nó có thể dẫn đến cạnh tranh về điện năng bền vững.
    Tổng hợp hydro để sản xuất phân bón từ sinh khối. Vì nó đòi hỏi nhiều đất canh tác và nước, trớ trêu thay, phương thức sản xuất này lại cạnh tranh với sản xuất lương thực. Nhưng các tác giả của nghiên cứu chỉ ra rằng sẽ hợp lý nếu nguyên liệu đầu vào là sinh khối phế thải—ví dụ, phụ phẩm cây trồng.
    Các nhà khoa học cho rằng chìa khóa thành công có thể là sự kết hợp của tất cả các phương pháp này tùy thuộc vào quốc gia, điều kiện cụ thể của địa phương và các nguồn lực sẵn có. Trong mọi trường hợp, nông nghiệp bắt buộc phải sử dụng phân bón nitơ hiệu quả hơn, như Rosa nhấn mạnh, "Giải quyết các vấn đề như bón phân quá mức và lãng phí thực phẩm cũng là một cách để giảm nhu cầu phân bón."

    Ấn Độ và Trung Quốc có nguy cơ

    Trong nghiên cứu, các nhà khoa học cũng tìm cách xác định các quốc gia trên thế giới mà an ninh lương thực hiện đang chịu rủi ro đặc biệt do sự phụ thuộc vào nhập khẩu nitơ hoặc khí đốt tự nhiên. Các quốc gia sau đây đặc biệt dễ bị tổn thương trước những cú sốc giá trên thị trường khí đốt tự nhiên và nitơ: Ấn Độ, Brazil, Trung Quốc, Pháp, Thổ Nhĩ Kỳ và Đức.

    Sản xuất phân bón khử cacbon trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm lỗ hổng này và tăng cường an ninh lương thực. Ít nhất, điện khí hóa thông qua năng lượng tái tạo hoặc sử dụng sinh khối sẽ làm giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu khí đốt tự nhiên. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đưa ra quan điểm này: tất cả các phương pháp sản xuất phân đạm không có carbon đều tốn nhiều năng lượng hơn so với phương pháp sử dụng nhiên liệu hóa thạch hiện tại. Nói cách khác, họ vẫn dễ bị tổn thương trước những cú sốc giá nhất định—không trực tiếp trên thị trường khí đốt tự nhiên, mà có lẽ trên thị trường điện.

    Các nhà sản xuất nitơ phải đối mặt với sự thay đổi

    Các nhà khoa học chỉ ra trong nghiên cứu của họ rằng quá trình khử cacbon có khả năng thay đổi danh sách các quốc gia sản xuất phân bón nitơ. Như mọi thứ, các quốc gia xuất khẩu nitơ lớn nhất là Nga, Trung Quốc, Ai Cập, Qatar và Ả Rập Saudi. Ngoại trừ Trung Quốc phải nhập khẩu khí đốt tự nhiên, tất cả các quốc gia này đều có thể sử dụng nguồn dự trữ khí đốt tự nhiên của mình.

    Trong tương lai, các quốc gia có khả năng được hưởng lợi từ quá trình khử cacbon là những quốc gia tạo ra nhiều năng lượng mặt trời và gió, đồng thời có đủ trữ lượng đất và nước, chẳng hạn như Canada và Hoa Kỳ.

    "Thực tế là chúng ta cần phải làm cho nhu cầu nitơ trong nông nghiệp bền vững hơn trong tương lai, cả để đáp ứng các mục tiêu khí hậu và an ninh lương thực. 

    Gabrielli nói. Chiến tranh ở Ukraine đang ảnh hưởng đến thị trường lương thực toàn cầu không chỉ vì quốc gia này thường xuất khẩu nhiều ngũ cốc mà còn vì cuộc xung đột đã khiến giá khí đốt tự nhiên tăng cao.

    Chính điều này đã khiến giá phân bón nitơ tăng lên. Mặc dù vậy, một số nhà sản xuất phân bón được biết là đã ngừng sản xuất, ít nhất là tạm thời, vì chi phí khí đốt quá cao khiến việc sản xuất trở nên không kinh tế đối với họ.

    Zalo
    Hotline