Vỏ chuối, vỏ hạt và các loại thực phẩm thừa khác thực tế có thể tạo ra năng lượng để vận hành máy móc và thiết bị. Đó được gọi là năng lượng sinh khối (biomass energy) (1). Và không chỉ có thực phẩm thừa mới có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng sinh khối. Gỗ, thực vật, thậm chí cả phân động vật cũng có thể trở thành nguồn tạo ra điện năng hoặc nhiệt năng. Chúng ta được bao quanh bởi sinh khối, và vì vậy, cũng được bao quanh bởi các cơ hội khai thác năng lượng từ sinh khối.
(1) Năng lượng sinh khối là năng lượng được tạo ra từ các vật chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học như cây cối, gỗ, rơm rạ, bã mía, phân động vật, rác thải hữu cơ và các phụ phẩm nông nghiệp.

Khác với than đá, nguồn nguyên liệu tạo ra năng lượng sinh khối có thể được trồng lại. Các công ty và chính phủ trên khắp thế giới đang gia tăng đầu tư vào lĩnh vực này. Tuy nhiên, hiện tại, chỉ khoảng 4% diện tích đất nông nghiệp được sử dụng để trồng cây năng lượng sinh khối. Vậy tiềm năng thực sự của năng lượng sinh khối lớn đến mức nào?

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh DW Planet A, nói về tiềm năng của năng lượng sinh khối.

Để xem và hiểu đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả vui lòng tham khảo nội dung của bài viết. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] tại góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F.

Rác thải được chuyển hóa thành năng lượng như thế nào?
Trước hết, cần nhìn vào cách rác thải có thể được biến thành tài nguyên. Một trong những phương pháp là chuyển hóa vật chất hữu cơ thành năng lượng. Các loại chất thải phù hợp có thể rất đa dạng, từ thức ăn thừa, phân chuồng cho đến phụ phẩm cây trồng.

Những vật liệu này được thu gom từ trang trại, nhà hàng hoặc hộ gia đình, sau đó được đưa đến nhà máy xử lý để loại bỏ các vật liệu lẫn tạp như nhựa. Điểm đến tiếp theo là lò phản ứng sinh học. Đây là nơi vi khuẩn phân hủy chất thải trong một thiết bị gọi là “bể phân hủy”, được đóng kín và cách ly khỏi oxy. Quá trình này được gọi là phân hủy kỵ khí.

Ở nhiệt độ khoảng 55 độ C, chất thải hữu cơ được lên men trong nhiều tuần. Trong thời gian đó, khí sinh học được tạo ra. Loại khí này chứa hàm lượng metan cao. Sau khi được đưa vào lưới khí, metan có thể trở thành một nguồn năng lượng mạnh để tạo ra điện và nhiệt. Nó cũng có thể được sử dụng để vận hành các phương tiện chạy bằng khí tự nhiên.

Phần sinh khối còn lại sau quá trình xử lý có thể được sử dụng làm phân sinh học cho nông nghiệp, qua đó giúp toàn bộ quy trình trở thành một hệ thống tuần hoàn.

Lợi thế của khí sinh học
Các nhà máy khí sinh học dạng này hiện có mặt trên khắp thế giới. Ở châu Âu có khoảng 20.000 nhà máy. Một số ước tính cho rằng khí metan sinh học (biomethane) có thể đáp ứng tới 40% nhu cầu khí đốt của Liên minh châu Âu (EU) vào giữa thế kỷ này.

Tại Mỹ có khoảng 2.200 nhà máy khí sinh học. Tổng số nhà máy tại Thái Lan, Malaysia và Indonesia cộng lại cũng ở mức tương tự.

Các nhà máy khí sinh học chỉ tạo ra khoảng một phần tư lượng phát thải CO2 so với các nhà máy điện than. Năng lượng sinh khối có một lợi thế lớn so với điện mặt trời và điện gió: đó là khả năng cung cấp năng lượng theo nhu cầu. Nói cách khác, nguồn năng lượng này không phụ thuộc vào việc gió có thổi hay mặt trời có chiếu sáng hay không.

Rủi ro từ khí metan và giới hạn của biogas
Cho đến đây, mọi thứ nghe có vẻ khá tích cực. Tuy nhiên, vẫn có một vấn đề lớn. Khí metan sinh học có thể bị rò rỉ từ các cơ sở xử lý. Khả năng làm giữ lại nhiệt lượng của loại khí này lớn hơn nhiều so với CO2.

Bên cạnh đó, các cơ sở khí sinh học chỉ bền vững khi nguyên liệu đầu vào là chất thải. Nếu cây trồng được canh tác riêng cho mục đích sản xuất năng lượng, mô hình này không còn thực sự khả thi.

Các cơ sở khí sinh học chỉ là một trong nhiều cách tạo ra năng lượng từ sinh khối. Vậy sinh khối còn có thể được sử dụng vào mục đích nào khác?

Nhiên liệu sinh học cho phương tiện giao thông
Một ứng dụng khác của sinh khối là nhiên liệu, dùng để vận hành ô tô, xe tải, thậm chí cả máy bay. Việc sử dụng nhiên liệu sinh học có thể giảm bớt lượng khí thải so với sử dụng nguyên liệu nguyên sinh truyền thống. Một loại nhiên liệu sinh học phổ biến là ethanol sinh học (bioethanol). Các loại cây như ngô hoặc mía được lên men và chưng cất để sản xuất ethanol sinh học. Loại nhiên liệu này có thể thay thế khoảng 10-20% lượng xăng dùng để vận hành phương tiện.

Một loại khác là diesel sinh học (biodiesel). Diesel sinh học được tạo ra bằng cách kết hợp mỡ động vật hoặc dầu thực vật, chẳng hạn như dầu hạt cải hoặc dầu đậu nành, với cồn. Tương tự ethanol, diesel sinh học sau khi sản xuất sẽ được pha trộn với nhiên liệu diesel thông thường.

Nhiên liệu sinh học hiện được sử dụng tại các trạm xăng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, chúng mới chỉ chiếm khoảng 3% nhu cầu nhiên liệu trong lĩnh vực giao thông vận tải.

Vấn đề đất đai, cây trồng và đa dạng sinh học
Vấn đề của nhiên liệu sinh học là cây trồng dùng để sản xuất nhiên liệu cần có đất canh tác. Điều này có thể lấy đi diện tích dành cho cây lương thực, hoặc thậm chí làm suy giảm rừng và đa dạng sinh học. Tình trạng này đang diễn ra với cây cọ dầu ở Indonesia, mía ở Brazil và cây cải dầu ở Đức.

Một nghiên cứu được thực hiện tại Đức cho thấy việc sử dụng nhiên liệu sinh học có thể giúp nước này giảm 9,2 triệu tấn CO2 phát thải hằng năm. Tuy nhiên, nếu để thảm thực vật tự nhiên phát triển trên các cánh đồng trồng cây nhiên liệu, lượng CO2 có thể được hấp thụ lên tới 16,4 triệu tấn.

Một khả năng khác là thay thế cây trồng bằng tảo. Tảo có thể được nuôi trong các hệ thống container tiết kiệm không gian. Đây là một lĩnh vực đầy hứa hẹn, nhưng hiện vẫn chưa thực sự khả thi về mặt kinh tế.

Phương thức đốt sinh khối
Hình thức đơn giản nhất của năng lượng sinh khối cũng là cách lâu đời nhất mà con người từng sử dụng: đốt trực tiếp vật liệu hữu cơ. Những vật liệu này có thể là gỗ, lá cây hoặc chất thải.

Dù đang giảm dần, hình thức này vẫn chiếm 6,7% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu. Nó đặc biệt phổ biến trong các cộng đồng thu nhập thấp, nơi người dân có ít khả năng tiếp cận các nguồn năng lượng khác. Tuy nhiên, đây là cách sử dụng sinh khối kém hiệu quả nhất. Các hạt bụi mịn phát sinh trong quá trình đốt cũng gây hại cho sức khỏe con người.

Dù vậy, việc đốt vật liệu sinh khối vẫn là một phần trong chiến lược trung hòa carbon của nhiều chính phủ trên thế giới. Trong trường hợp này, vật liệu được nói đến chủ yếu là cây gỗ, dưới dạng viên nén gỗ.

Viên nén gỗ và nhu cầu gia tăng
Trong thập kỷ qua, nhu cầu sử dụng viên nén gỗ làm nguồn năng lượng đã tăng đều. Với 62% thị phần, Mỹ là quốc gia xuất khẩu viên nén gỗ lớn nhất thế giới.

Thông thường, viên nén gỗ được sản xuất từ phụ phẩm gỗ như mùn cưa hoặc dăm gỗ. Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chữ “thông thường”. Các tổ chức nghiên cứu chính sách và tổ chức phi chính phủ đã thu thập bằng chứng cho thấy nhu cầu viên nén gỗ ngày càng tăng đang góp phần phá hủy rừng tự nhiên và sinh cảnh tại Đông Âu và Bắc Mỹ, bao gồm cả thông qua hoạt động khai thác gỗ trái phép.

Khách hàng lớn nhất của các loại viên nén này là Vương quốc Anh. Ngoài ra, Hàn Quốc, Nhật Bản và Liên minh châu Âu cũng là những thị trường tiêu thụ đáng kể.

Một phần viên nén gỗ được dùng trong các hộ gia đình để sưởi ấm bằng bếp hiện đại. Tuy nhiên, phần lớn được đưa vào các nhà máy điện quy mô lớn. Một số nhà máy sử dụng viên nén gỗ để đốt kèm với than, tức là đốt cả hai loại nhiên liệu cùng lúc nhằm giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Tranh cãi về tính tái tạo của sinh khối gỗ
Các nhà hoạch định chính sách tại Mỹ, Liên minh châu Âu và Vương quốc Anh đã phân loại sinh khối gỗ là năng lượng tái tạo. Vì vậy, các chính phủ đang trợ cấp cho hoạt động sản xuất và đốt viên nén gỗ.

Năm 2021, nhà máy điện lớn nhất tại Vương quốc Anh đã nhận được khoảng một tỷ euro tiền trợ cấp như vậy, theo một tổ chức nghiên cứu về năng lượng.

Nhiều quốc gia không bắt buộc phải tính lượng phát thải từ các nhà máy điện đốt gỗ. Lý do chủ yếu là cây có thể mọc lại. Các nhà sản xuất thường được yêu cầu tái trồng rừng tại những khu vực đã khai thác. Về mặt lý thuyết, lượng CO2 phát ra khi đốt viên nén gỗ sẽ được cây mới hấp thụ trở lại.

Khoảng trống carbon và thời gian hấp thụ lại CO2
Các nhà nghiên cứu cho rằng tác động tức thời của việc thay than bằng gỗ là làm tăng lượng CO2 trong khí quyển.

Một nghiên cứu cho thấy, tùy thuộc vào loại rừng, có thể mất từ 44 đến 104 năm để những cây mới trồng hấp thụ được lượng carbon tương đương với lượng carbon đã được các cây bị chặt lưu trữ trước đó.

Theo Kelley, nếu xét trong khoảng thời gian hơn 100 năm, cây gỗ, cây thông hoặc các loại cây nông nghiệp có thể là nguồn năng lượng tốt. Nhưng nếu xét trong khoảng 25 năm hoặc 40 năm, chúng có thể không thực sự mang lại lợi ích khí hậu rõ ràng.

Điều này càng quan trọng hơn khi rừng còn có một vai trò khí hậu then chốt khác.

Vai trò của rừng trong biến đổi khí hậu
Rừng hấp thụ khoảng một phần ba tổng lượng phát thải carbon do con người tạo ra. Vì vậy, rừng giữ vai trò thiết yếu trong việc kiềm chế hiện tượng nóng lên toàn cầu.

Elly Pepper, một nhà vận động bảo vệ rừng, cho biết các cây lâu năm lưu trữ nhiều carbon hơn. Do đó, một số khu rừng nhất định còn có vai trò đặc biệt quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Đáng tiếc là một số khu rừng như vậy lại đang bị san phá để phục vụ sản xuất năng lượng sinh khối.

Một nghiên cứu cho rằng các khu rừng trồng lại bằng những loài cây phát triển nhanh hấp thụ ít CO2 hơn so với rừng tự nhiên.

Vì vậy, chúng ta sẽ không thể đạt trung hòa carbon bằng cách đốt gỗ trong các nhà máy điện lớn, như một số nhà máy tại Vương quốc Anh. Theo các ý kiến phản biện, các quốc gia đang chi tiền cho nguồn năng lượng này, trong khi số tiền đó đáng lẽ nên được đầu tư vào các nguồn năng lượng tái tạo thực sự như điện gió và điện mặt trời.

Cây phát triển nhanh và điều kiện để sinh khối bền vững
Các loài cây phát triển nhanh được xem là một lựa chọn khác, bởi lượng carbon phát thải có thể được hấp thụ trở lại nhanh hơn nhiều so với cây gỗ lâu năm.

Về lý thuyết, có thể trồng cây gai dầu công nghiệp trên những vùng đất trước đây từng trồng thuốc lá hoặc bông, sau đó sản xuất viên nén từ gai dầu để đốt tại châu Âu.

Có thể làm cho sinh khối trở nên bền vững và bảo đảm rằng nó có tác động tích cực đến carbon. Tuy nhiên, để làm được điều đó, cần xem xét kỹ các chi tiết: loại sinh khối nào được sử dụng, và loại đất nào được dùng để sản xuất sinh khối đó.

Sinh khối không thể là nguồn năng lượng chính của tương lai
Diện tích 4% đất nông nghiệp hiện đang được sử dụng để trồng cây nhằm sản xuất sinh khối trên toàn cầu là chưa đủ. Tuy nhiên, phần lớn đất đai vẫn cần được dành cho sản xuất lương thực.

Nhiều hình thức năng lượng sinh khối thường được mô tả như thể chúng tốt hơn thực tế. Đốt gỗ để thay thế than không phải là một giải pháp. Ngay cả khi gỗ đến từ hoạt động lâm nghiệp bền vững hoặc là phế liệu gỗ, quá trình đốt vẫn tạo ra phát thải.

Tuy vậy, phế liệu gỗ có thể được vi khuẩn phân hủy trong các cơ sở khí sinh học. Các sản phẩm hữu cơ, chẳng hạn như vỏ chuối có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng, cũng có thể góp phần quản lý các vòng tuần hoàn chất thải hiệu quả hơn.

Hiện nay, năng lượng sinh khối chỉ đáp ứng một phần nhỏ nhu cầu năng lượng toàn cầu. Nó có thể hoạt động kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng không thể mở rộng quy mô đủ lớn để trở thành nguồn năng lượng chính của thế giới trong tương lai.

Tiếp tục khám phá chuyên đề Môi trường và Tái chế trên trang technologyMAG
Bài viết này là một phần trong chuỗi nội dung chuyên sâu về môi trường, xử lý chất thải, tái chế và kinh tế tuần hoàn do technologyMAG thực hiện nhằm cập nhật những công nghệ, giải pháp và dự án mới nhất tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Trong bối cảnh các yêu cầu về phát triển bền vững, giảm phát thải và sử dụng hiệu quả tài nguyên ngày càng được quan tâm, ngành môi trường và tái chế đang trở thành một trong những lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế hiện đại.

Để giúp độc giả thuận tiện theo dõi toàn bộ nội dung liên quan, Ban biên tập technologyMAG đã xây dựng trang tổng hợp chuyên đề Môi trường và Tái chế, bao gồm các nhóm bài viết về xử lý chất thải, tái chế nhựa, giấy, kim loại, thủy tinh, dệt may, rác thải điện tử, xử lý nước, kinh tế tuần hoàn, công nghệ môi trường và các dự án tiêu biểu tại Việt Nam và quốc tế.

Tìm hiểu thêm về chuyên đề Môi trường và Tái chế tại: https://www.technologymag.net/technologymag-gioi-thieu-loat-tin-bai-chu-de-moi-truong-tai-che/

Để xem các tin bài khác về “Năng lượng sinh khối”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: DW Planet A