Tiềm năng của Etanol

Kể từ giữa những năm 1970, Braxin đã nghiên cứu thay thế xăng nhập khẩu bằng Etanol, một loại cồn được chưng cất từ cây mía. Ngày nay, Etanol chiếm 40% số nhiên liệu được bán ở Braxin. Có thể sản xuất Etanol từ nhiều nguyên liệu thực vật, phần lớn từ cây ngũ cốc hoặc cây mía. Sau đó, nó được trộn lẫn với xăng tạo thành chất ôxy hóa hay chất độn nhiên liệu sử dụng cho xe chạy xăng, hoặc nó được sử dụng chỉ dành riêng cho xe chạy bằng “Nhiên liệu hỗn hợp” Etanol và xăng.    

Năm 2004, Braxin dẫn đầu thế giới về sản xuất Etanol, chưng cất được 4 tỷ gallon (15 tỷ lít). Thứ hai là Hoa Kỳ với sản lượng 3,5 tỷ gallon, chủ yếu từ cây ngô. Các tỉnh có sản lượng lúa mỳ và ngũ cốc cao của Trung Quốc đã tạo ra gần 1 tỷ galon và Ấn Độ sản xuất được 500 triệu galon Etanol từ cây mía. Pháp, nước đi đầu của Liên minh châu Âu trong việc đẩy mạnh sử dụng Etanol, đã tạo ra hơn 200 triệu galon từ cây củ cải đường và cây lúa mì. Tóm lại, thế giới đã sản xuất được lượng Etanol để có thể thay thế khoảng 2% tổng mức tiêu thụ xăng.

Những nỗ lực sử dụng các nhiên liệu thay cho xăng đang thu hút được sự chú ý đặc biệt trong một thế giới đang bị đe dọa bởi biến đổi khí hậu, sự sa sút của nền kinh tế nông thôn và sự bất ổn định ở các nước sản xuất dầu mỏ lớn.

Trong quá trình sinh trưởng, cây trồng sản xuất nhiên liệu sinh học hấp thụ cacbon dioxit từ khí quyển để bù lại các khí nhà kính thải ra khi nhiên liệu được đốt cháy sau đó. Thay thế xăng bằng nhiên liệu sinh học có thể làm giảm ô nhiễm không khí, kể cả phát tán các hạt mịn và cacbon monoxit.

Mặc dù Etanol đang ngày càng được sử dụng phổ biến, song các phương pháp sản xuất Etanol và các công nghệ chuyển đổi thiếu hiệu quả hiện nay sẽ chỉ mang lại các lợi ích kinh tế và môi trường khiêm tốn, và có thể tác động tới an ninh lương thực của quốc tế. Trở ngại lớn nhất đối với sản xuất nhiên liệu sinh học là khả năng sử dụng đất. Mở rộng diện tích đất trồng dành cho sản xuất năng lượng có thể sẽ làm cho cạnh tranh giữa đất nông nghiệp, đất rừng và sự mở rộng của đô thị khốc liệt hơn. Khi nhiệt độ tăng và các gương nước tụt giảm trên toàn thế giới, thì sự cân bằng cung và cầu về lương thực toàn cầu chỉ là tạm thời. Diện tích trồng lúa của thế giới lúc nào cũng ở gần mức thấp và diện tích đất dành cho trồng trọt nhỏ. Việc chuyển từ trồng cây lương thực sang cây sản xuất nhiên liệu có thể làm cho các nguồn cung cấp lương thực bị thu hẹp và đẩy giá lương thực tăng cao, dẫn tới cuộc chiến giữa chủ ô tô với người tiêu dùng lương thực có thu nhập thấp.   

Chú trọng nhiều hơn tới hiệu quả sử dụng đất làm tăng tối đa sản lượng năng lượng trên mỗi mẫu đất trồng (1 mẫu = 0,4 ha), sẽ là yếu tố quan trọng để sử dụng Etanol hiệu quả nhất. Dù ở Hoa Kỳ, cây ngũ cốc đã được nhà nước hỗ trợ sử dụng làm thức ăn gia súc, nhưng nó là một trong những nguồn sản xuất Etanol kém hiệu quả. Chẳng hạn, sản lượng Etanol trên 1 mẫu đất trồng cây củ cải đường ở Pháp và cây mía ở Braxin cao gần gấp đôi so với cây ngũ cốc ở Hoa Kỳ.

Ngoài ra, nguồn năng lượng được sử dụng để sản xuất Etanol cũng quan trọng. Ngũ cốc được trồng, vận chuyển và chưng cất để tạo ra 1 galon Etanol tiêu thụ nguồn năng lượng gần bằng nguồn năng lượng có trong Etanol. Cây củ cải đường là nguồn nguyên liệu tốt hơn, để tạo ra gần 2 đơn vị năng lượng thì phải mất tới 1 đơn vị năng lượng cho sản xuất. Cây mía hiện là nguyên liệu tạo ra nguồn năng lượng cao gấp 8 lần mức năng lượng cần có để sản xuất Etanol. Tóm lại, sản xuất Etanol từ cây mía mang lại nhiều lợi ích hơn sản xuất từ cây ngũ cốc.

Etanol có thể sẽ nhanh chóng chiếm ưu thế ở các nước trồng mía vùng nhiệt đới, thuận lợi vì có các mùa sinh trưởng quanh năm, có nguồn nhân công dồi dào và chi phí sản xuất thấp. Khi nhu cầu nhiên liệu ở các nước đang phát triển gia tăng, thì sản xuất nhiên liệu sinh học có thể góp phần ngăn chặn tình trạng nhập khẩu dầu mỏ, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế nông thôn. Ví dụ, Braxin có thể sản xuất đủ Etanol để đáp ứng tất cả các nhu cầu về nhiên liệu ở trong nước bằng cách tăng diện tích trồng cây mía để sản xuất rượu từ 6,6 triệu mẫu lên tới 13,8 triệu mẫu hoặc bằng cách chuyển toàn bộ diện tích trồng mía hiện nay sang sản xuất Etanol.

Nếu Etanol trở thành một nguồn cung cấp nhiên liệu chủ yếu của thế giới mà không làm ảnh hưởng tới vấn đề lương thực và những cánh rừng, thì nguồn cung cấp quan trọng nhất sẽ không phải là cây lúa mì hoặc thậm chí không phải là cây mía mà sẽ là các nguyên liệu xenluloza cho năng suất cao như chất thải nông nghiệp và chất thải từ rừng, các bãi cỏ và các loại cây sinh trưởng nhanh.

Các công nghệ mới đầy hứa hẹn đang được triển khai sử dụng enzym để phá vỡ xenluloza và lên men đường có trong thực vật tạo thành Etanol. Một nhà máy thử nghiệm đã ứng dụng công nghệ này ở Canada vào năm 2004 và việc sản xuất trên quy mô lớn sẽ khả thi về mặt thương mại vào năm 2015. Chất thải nông nghiệp như thân cây ngũ cốc, lúa mì và lúa nước thường được bỏ lại trên cánh đồng, được cày xới hoặc đốt cháy. Chỉ cần thu gom được 1/3 lượng chất thải này để sản xuất nhiên liệu sinh học sẽ giúp nông dân tăng thu nhập đồng thời tạo ra đủ chất hữu cơ để duy trì độ màu mỡ của đất và ngăn chặn xói mòn.

Hiện nay, chất thải nông nghiệp ở Hoa Kỳ được thu gom liên tục, sẽ tạo ra 14,5 tỷ galon Etanol, cao gấp 4 lần sản lượng hiện nay mà không cần mở rộng diện tích đất trồng. “Cây trồng sản xuất năng lượng” như cỏ chịu rét và các loại cây sinh trưởng nhanh cho sản lượng Etanol cao hơn và tạo ra sự cân bằng năng lượng tốt hơn là cây tinh bột thông thường.

Một loại cây trồng nữa là cỏ switch grass, loại cỏ cao mọc quanh năm mà nông dân thường sử dụng để bảo vệ đất khỏi bị xói mòn. Loại cỏ này cần ít nước, phân bón hoặc thuốc diệt cỏ nhưng lại tạo ra sản lượng Etanol trên mỗi mẫu cao gấp từ 2-3 lần cây ngũ cốc. Có thể trồng loại cỏ này trên đất khó canh tác, tránh tình trạng chuyển đổi đất trồng màu mỡ hay đất rừng thành đất canh tác cây trồng tạo năng lượng. Tuy nhiên, vì nhu cầu năng lượng của thế giới tăng, nhiên liệu sinh học sẽ chỉ đáp ứng được một phần nhu cầu nhiên liệu trừ phi có những cải tiến đáng kể để tiết kiệm nhiên liệu cho xe cộ.

May thay, các công nghệ cần thiết luôn sẵn có và đáp ứng đủ điều kiện. Chuyển từ sản xuất xe thông thường sang xe lai chạy điện - khí như loại xe đang có mặt trên thị trường hiện nay và giảm trọng lượng và lực cản sẽ làm giảm khoảng 4 lần lượng nhiên liệu sử dụng.

Lắp đặt thêm một ắc quy và tăng công suất cho loại xe lai (hybrid vehicles) sẽ cho phép thực hiện những chuyến đi ngắn ngày mà chỉ sử dụng năng lượng điện, chủ yếu được sinh ra từ gió sẽ làm giảm cầu về nhiên liệu tới mức mà chỉ riêng Etanol cũng có thể đáp ứng được.

Cùng với sự ủng hộ tích cực của luật pháp đối với sản xuất nhiên liệu sinh học và hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao trong ngành công nghiệp ô tô, việc nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu về năng lượng của Etanol sẽ đòi hỏi phải tiến hành nghiên cứu và triển khai để cải tiến các công nghệ chuyển đổi sinh khối thành Etanol.   

Chuyển các khoản trợ cấp của chính phủ cho phát triển năng lượng, từ thăm dò dầu mỏ sang phát triển nhiên liệu sinh học là sự lựa chọn sáng suốt. Cùng với nền kinh tế nhiên liệu cho xe cộ được cải thiện và các nguyên liệu xenluloza được sử dụng hiệu quả hơn, thì nhiên liệu sinh học có khả năng cung cấp nguồn nhiên liệu đáng kể cho ô tô trên toàn thế giới.

Nguồn: ENS, 2005