Từ cánh đồng đến nhiên liệu: Thế tiến thoái lưỡng nan về nguồn nguyên liệu sinh học
Với các mục tiêu về khí hậu năm 2030 đang đến gần, nhiên liệu sinh học dạng lỏng đang trở thành giải pháp khử cacbon quan trọng cho các lĩnh vực khó điện khí hóa như vận tải hạng nặng. Tính tương thích vốn có của nhiên liệu sinh học với các động cơ hiện có và khả năng pha trộn với nhiên liệu hóa thạch khiến chúng trở thành giải pháp tiết kiệm chi phí và khả thi ngay lập tức cho quá trình chuyển đổi.
Mặc dù có tiềm năng, nhiên liệu sinh học vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó nguồn cung nguyên liệu là vấn đề cốt lõi. Nhiên liệu sinh học được tạo ra từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau bao gồm cây trồng, chất béo và dầu thải, và chất thải nông nghiệp. Mối lo ngại về tính khả dụng, tính bền vững và chi phí của nguyên liệu đang gia tăng và những yếu tố này sẽ đóng vai trò quyết định trong việc xác định quy mô và tốc độ áp dụng nhiên liệu sinh học.
Thúc đẩy nhu cầu
Trong tương lai gần, nhu cầu nhiên liệu sinh học có khả năng sẽ do vận tải đường bộ chi phối, đặc biệt là ở các thị trường mới nổi. Khi điện khí hóa vận tải đường bộ tăng tốc trên toàn cầu, vai trò của nhiên liệu sinh học dự kiến sẽ đạt đỉnh1, chuyển nhu cầu sang nhiên liệu hàng không và hàng hải. Nhu cầu nhiên liệu sinh học tăng mạnh gần đây phần lớn là do quy định (ví dụ: lệnh của EU, Anh và Hoa Kỳ về việc giảm phát thải carbon trong vận tải) và các mối quan ngại về an ninh năng lượng (ví dụ: Brazil, Ấn Độ và Indonesia giàu nguyên liệu thô đang tìm cách giảm nhập khẩu dầu). Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ước tính rằng đến năm 2030, hàng không và vận tải biển sẽ chiếm hơn 75 phần trăm2 nhu cầu nhiên liệu sinh học mới.
Tại sao nguyên liệu thô lại quan trọng?
Các sản phẩm cuối cùng của nhiên liệu sinh học dạng lỏng chính là ethanol, biodiesel và diesel tái tạo, mỗi loại đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Bất kể sản phẩm cuối cùng là gì, nguyên liệu thô thường chiếm 60-80 phần trăm chi phí sản xuất3 và phụ thuộc vào tính khả dụng.
Tổng quan về các nhiên liệu sinh học lỏng chính, nguyên liệu đầu vào, con đường và mục đích sử dụng cuối cùng
Nhiên liệu sinh học Nguyên liệu đầu vào tiêu biểu Con đường sản xuất chính Mục đích sử dụng cuối cùng tiêu biểu
Ethanol Tinh bột và đường (ví dụ như cây trồng, chất thải thực phẩm), lâm nghiệp (ví dụ như dăm gỗ) Lên men Pha trộn với xăng, chủ yếu trong vận tải đường bộ
Dầu diesel sinh học/FAME Cây trồng lấy dầu (ví dụ như hạt cải dầu, dầu cọ) Quy trình chuyển este Pha trộn với dầu diesel, chủ yếu trong vận tải đường bộ
Dầu diesel tái tạo/HVO Dầu thực vật và mỡ động vật (ví dụ như hạt cải dầu, mỡ động vật, dầu ăn) Xử lý bằng thủy, khí hóa hoặc nhiệt phân Thay thế trực tiếp cho nhiên liệu dầu mỏ
SAF/nhiên liệu phản lực tái tạo Dầu thực vật và mỡ động vật (ví dụ như hạt cải dầu, mỡ động vật, dầu ăn) Xử lý bằng thủy (HEFA), Cồn thành phản lực (AtJ), Fischer-Tropsch (FT) Pha trộn với nhiên liệu phản lực trong hàng không
Methanol sinh học Chất thải rắn đô thị, chất thải lâm nghiệp hoặc nông nghiệp Khí hóa Pha trộn với dầu nhiên liệu trong vận chuyển
Nguồn: Macquarie Climate Intelligence Unit, BloombergNEF (2024). Lưu ý: FAME biểu thị “Ester metyl axit béo”, HVO “Dầu thực vật xử lý bằng hydro”, SAF “Nhiên liệu hàng không bền vững” và HEFA “Ester và axit béo xử lý bằng hydro”.
Năm 2024, đầu tư nhiên liệu sinh học toàn cầu tăng 39 phần trăm4 so với cùng kỳ năm trước, chủ yếu là dầu diesel tái tạo và Nhiên liệu hàng không bền vững. Trong khi các quốc gia như Brazil có thể tự cung tự cấp về nguyên liệu đầu vào, thì Châu Âu và Hoa Kỳ đang phải vật lộn với tình trạng thiếu nguyên liệu đầu vào và đang chuyển sang các thị trường bên ngoài để cung cấp, đặc biệt là Trung Quốc. Động thái này đang tạo nên căng thẳng trên thị trường và dẫn đến sự không chắc chắn xung quanh triển vọng áp dụng nhiên liệu sinh học, cũng như nguy cơ thiếu hụt nguyên liệu đầu vào trong dài hạn - một tình huống có thể trở nên trầm trọng hơn ở Hoa Kỳ do thuế quan đối với Canada và Trung Quốc, cả hai đều là nhà cung cấp nguyên liệu đầu vào chính của Hoa Kỳ.5
Đối mặt với tình trạng thiếu hụt nguồn cung: Triển vọng cung cấp nguyên liệu đầu vào cho dầu diesel sinh học của Hoa Kỳ (triệu tấn)
DCOTallowUCODầu hạt cảiDầu đậu nànhNhu cầu2021202220232024202520262027202820292030051015202530
Nguồn: BloombergNEF (2024). Lưu ý: DCO biểu thị "dầu ngô chưng cất", UCO "dầu ăn đã qua sử dụng" và mỡ động vật bao gồm mỡ động vật. Tổng nhu cầu nguyên liệu đầu vào dành cho cả sản xuất dầu diesel tái tạo và dầu diesel sinh học trong kịch bản kinh doanh như thường lệ.
Thách thức lâu dài của nguyên liệu đầu vào
Cho đến nay, ngành nhiên liệu sinh học phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào có nguồn gốc từ nông nghiệp, nhưng sự phụ thuộc này đang bắt đầu gây ra các vấn đề do cạnh tranh với sản xuất lương thực, lượng khí thải cao liên quan đến sản xuất và vận chuyển nguyên liệu đầu vào, lo ngại về nạn phá rừng, mất đa dạng sinh học và sử dụng nước và phân bón.
Các chính phủ đang cố gắng giải quyết thách thức này bằng cách ban hành luật về các loại nguyên liệu đầu vào có thể sử dụng, chẳng hạn như thúc đẩy nguyên liệu đầu vào từ chất thải. Tuy nhiên, các giải pháp thay thế này cũng bị hạn chế và phải đối mặt với những thách thức về khả năng mở rộng. Việc xử lý các nguyên liệu đầu vào này cũng có thể đòi hỏi quá trình tinh chế tốn nhiều năng lượng và quá trình tổng hợp đòi hỏi nhiều lao động hơn so với thị trường dầu mỏ truyền thống. Các cách tiếp cận khác nhau của chính phủ để xác định nguyên liệu đầu vào nào là bền vững (ví dụ: sự khác biệt giữa Hoa Kỳ và EU6 về tiêu chí nguyên liệu đầu vào cho nhiên liệu hàng không bền vững) cũng đang làm phức tạp các quyết định của thị trường về việc ưu tiên các con đường sản xuất nào.
Để ứng phó, ngành nhiên liệu sinh học đang đổi mới để phát triển các nguyên liệu đầu vào bền vững.
các công nghệ như cây trồng không phải lương thực (ví dụ: Carinata7 của Nufarm), phát triển nguyên liệu thô có nguồn gốc từ tảo8 hoặc các quy trình Fischer-Tropsch9 dựa trên chất thải gỗ cho thấy triển vọng, nhưng vẫn còn nhiều bất ổn về khả năng mở rộng quy mô trong tương lai của chúng.
Nhìn về tương lai tươi sáng hơn
Mặc dù nhiên liệu sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng trong ngắn hạn đến trung hạn, nhưng những hạn chế về nguyên liệu thô có thể hạn chế tiềm năng dài hạn của chúng. Đến năm 2050, nhiên liệu sinh học có thể phải đối mặt với sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các con đường thay thế, đặc biệt là nhiên liệu điện tử tổng hợp, với điều kiện là những tiến bộ về công nghệ trong lĩnh vực này bắt đầu làm giảm chi phí hiện tại.
BP (2024) Triển vọng năng lượng bp: www.bp.com
Cơ quan năng lượng quốc tế (2024) Năng lượng tái tạo 2024: www.iea.org
McKinsey & Company (2024) Triển vọng năng lượng toàn cầu 2023: Triển vọng nhiên liệu bền vững: www.mckinsey.com
BloombergNEF (2025) Đầu tư nhiên liệu sinh học tăng 39% khi các dự án lan rộng trên toàn thế giới: www.bnef.com
BloombergNEF (2025) Ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học của Hoa Kỳ bị lung lay (và khuấy động) bởi thuế quan của Trump: www.bnef.com
Tạp chí Phố Wall (2024) Hoa Kỳ và Châu Âu không thể thống nhất về những gì được coi là nhiên liệu hàng không bền vững. Điều đó khiến các nhà đầu tư rơi vào thế khó: www.wsj.com
Nufarm: www.nuseed.com
FutureBridge (2020) Tảo: Nguyên liệu tương lai cho nhiên liệu sinh học: www.futurebridge.com
S&P Global (2024) Honeywell tiết lộ công nghệ mới cho sản lượng cao hơn, ít chất thải và giá cả phải chăng SAF: www.spglobal.com
