Phát minh mới của Mỹ làm rung chuyển ngành năng lượng: biến tre thành xăng dầu, giá chưa tới 19.000 đồng/lít

Một nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ và Phần Lan cho thấy tre có tiềm năng trở thành nguyên liệu sản xuất nhiên liệu lỏng bền vững, với chi phí dự kiến chỉ 2,75 USD/gallon xăng tương đương và lượng phát thải khí nhà kính thấp hơn đáng kể so với nhiên liệu diesel truyền thống.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Sustainable Energy & Fuels, với sự tham gia của Michael Timko, Giáo sư kỹ thuật hóa học tại Viện Bách khoa Worcester (WPI), Timothy Woodard cùng các nhà nghiên cứu từ Đại học Aalto (Phần Lan) và doanh nghiệp Avos BioEnergy.

Theo nhóm nghiên cứu, tre có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để phục vụ các phương tiện giao thông đường bộ, máy bay và tàu hỏa. Đây là những lĩnh vực vẫn gặp nhiều khó khăn trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Chuyển tre thành nhiên liệu bằng công nghệ hóa lỏng thủy nhiệt

Điểm đáng chú ý của nghiên cứu là sử dụng công nghệ hóa lỏng thủy nhiệt (HTL) để chuyển đổi sinh khối tre thành nhiên liệu. Nhóm nghiên cứu kết hợp các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với mô hình đánh giá chi phí sản xuất và tác động môi trường trong toàn bộ vòng đời sản phẩm.

Tre được lựa chọn nhờ tốc độ sinh trưởng nhanh, khả năng tạo ra lượng sinh khối lớn và thích nghi với những vùng đất nghèo dinh dưỡng. Khác với các loại cây trồng hàng năm thường được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học, tre là cây lâu năm, có thể tiếp tục phát triển và cung cấp nguyên liệu trong nhiều năm với đầu vào nông nghiệp tương đối thấp.

Một lợi thế khác là hàm lượng tro trong tre dưới 1% trọng lượng khô. Theo nghiên cứu, đặc tính này giúp hạn chế lượng chất thải phát sinh trong quá trình chuyển đổi sinh khối thành nhiên liệu.

Mô hình kinh tế của nhóm cho thấy nhiên liệu từ tre có thể đạt mức giá khoảng 2,75 USD/gallon xăng tương đương khi sản xuất ở quy mô thương mại lớn, tương đương khoảng 18.772 đồng/lít. Mức ước tính này đã tính đến chi phí xây dựng và vận hành nhà máy sản xuất nhiên liệu.

Phát thải thấp hơn 26 lần so với diesel

Theo phân tích vòng đời của nhóm nghiên cứu, nhiên liệu sản xuất từ tre có cường độ phát thải khí nhà kính tương đương 3,5 gram CO₂ trên mỗi megajoule năng lượng. Con số này thấp hơn khoảng 26 lần so với nhiên liệu diesel thông thường.

Kết quả đánh giá có tính đến khả năng hấp thụ và lưu trữ carbon của tre, bao gồm lượng carbon tích tụ trong hệ thống rễ dưới mặt đất. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cho rằng quá trình chuyển đổi tre thành nhiên liệu có hiệu quả phát thải thuận lợi hơn so với một số nguyên liệu sinh học khác.

Tre cũng có thể giúp giảm áp lực sử dụng đất cho sản xuất nhiên liệu. Theo mô hình được công bố, để tạo ra sản lượng nhiên liệu tương đương ethanol từ ngô tại Mỹ, phương án sử dụng tre có thể chỉ cần khoảng 13% diện tích đất canh tác.

Hiện ethanol từ ngô là một trong những nhiên liệu sinh học được sử dụng phổ biến tại Mỹ, thường được pha trộn vào xăng. Việc sử dụng nguyên liệu thay thế có năng suất sinh khối cao như tre có thể giúp giảm cạnh tranh giữa đất sản xuất nhiên liệu và đất trồng lương thực.

Michael Timko cho rằng tre có thể được trồng trên những khu đất công nghiệp cũ hoặc các vùng đất canh tác thâm canh, nơi những loại cây trồng khác khó phát triển. Điều này mở ra khả năng tận dụng các khu đất ít phù hợp cho sản xuất nông nghiệp thông thường.

Theo nhóm nghiên cứu, nhiên liệu từ tre có thể mang lại lựa chọn bổ sung cho quá trình giảm phát thải trong các lĩnh vực khó thay thế hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch bằng điện, đặc biệt là vận tải hạng nặng và hàng không.

Tuy nhiên, để chuyển từ mô hình nghiên cứu sang sản xuất thương mại, công nghệ vẫn cần được tiếp tục phát triển và kiểm chứng ở quy mô lớn. Khả năng cung cấp nguyên liệu ổn định, hiệu quả vận hành nhà máy và chi phí thực tế sẽ quyết định tính cạnh tranh của nhiên liệu từ tre.

Nếu vượt qua được những thách thức này, tre có thể trở thành một nguồn sinh khối đáng chú ý trong ngành nhiên liệu tái tạo, nhờ kết hợp tốc độ sinh trưởng nhanh, nhu cầu đầu vào tương đối thấp và tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính.