Đầu tháng 05/2008, cố vấn đặc biệt của Liên hợp quốc về lương thực Olivier de Schutter ra lời kêu gọi ngừng đầu tư vào việc nghiên cứu năng lượng sinh học. Theo ông, việc dùng nông sản để sản xuất năng lượng sinh học sẽ làm thu hẹp diện tích và giảm sản lượng lương thực… và như vậy sẽ đẩy giá lương thực lên cao. Trong bối cảnh thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng lương thực, đe đọa cuộc sống của hàng trăm triệu người nghèo, thì lời kêu gọi này gây nên sự xúc động lớn. Nhưng khoa học cũng có những lý lẽ, cách làm riêng.
Sinh vật trên mặt đất hấp thụ rất nhiều năng lượng từ mặt trời. Bắt những sinh vật này trả lại năng lượng là “cách phục hồi năng lượng” có cơ sở khoa học. Không nhất thiết phải dùng lương thực để tạo ra năng lượng, mà có thể dùng các vật liệu khác như tảo, cỏ, hoặc các chất thải loại khác.
Tiềm năng từ tảo
Hiện đã biết có 65.000 giống và còn vô vàn giống tảo khác chưa được biết đến. Trong một năm, một mẫu Anh (400m2) tảo có thể cho 100.000 gallon (1 gallon xấp xỉ 3,8 lít) dầu tảo. Trong khi cùng diện tích, thời gian nuôi trồng này chỉ có thể thu được 30 gallon dầu từ bắp và 50 gallon dầu từ đậu nành.
Từ 1978, Bộ Năng lượng Mỹ đã nghiên cứu vấn đề này nhưng vào thời đó giá dầu mỡ còn thấp, quy trình nuôi trồng còn nhiều bất tiện nên đến năm 1996, Phòng nghiên cứu thí nghiệm năng lượng NREL (thuộc Bộ Năng lượng Mỹ) kết luận là năng lượng tạo ra từ tảo không thể cạnh tranh với năng lượng từ dầu mỏ. Tuy nhiên, có nhiều nhà nghiên cứu khoa học vẫn đeo đuổi mục đích biến tảo thành năng lượng, mà điển hình là Glen Kertz, Chủ tịch kiêm Tổng giám đốc điều hành Công ty Valcent Product.
Theo nghiên cứu của ông, việc nuôi tảo trên mặt ao hồ sẽ tốn diện tích, gây bẩn mặt thoáng, bị các loại sinh vật khác cạnh tranh, nên không phát triển được. Thay vì cách nuôi trồng ấy, Glen Kertz đã nuôi tảo trong các túi plastic xếp thành giàn thẳng đứng. Cách nuôi này đã khắc phục được tất cả các nhược điểm trên, thêm vào đó do tảo hấp thu được nhiều năng lượng mặt trời hơn, nên phát triển tốt hơn, cho năng suất dầu cao hơn. Như ta biết tảo rất cần khí carbonic để quang hợp, Glen Kertz tìm giống tảo thích hợp, đem nuôi gần những nơi thải ra nhiều khí này (như các nhà máy nhiệt điện) thì tảo phát triển tốt hơn nữa và nhờ tảo mà môi trường sẽ trong lành hơn. Mỗi giống tảo có thể sản sinh ra một loại dầu dùng vào mục đích riêng (như cho xe tải, máy bay…). Loại dầu lấy ra từ tảo gọi là bio-diezel.
Do tính hấp dẫn, khả thi của việc sản xuất bio-diezel từ tảo mà nước Mỹ, sau nhiều năm đình hoãn, bây giờ quay lại nghiên cứu, thực thi các dự án này.
Công nghệ sinh học cứu… nông sản
Khi lấy ethanol làm năng lượng sinh học, nhiều người nghĩ sẽ lấy lương thực chưng cất ra ethanol. Cách hiểu đơn giản này làm cho người ta tin rằng nếu dùng ethanol làm năng lượng thì sẽ làm loài người chết đói. Chính vì thế mà ông Jean Ziegler, nguyên cố vấn lương thực Liên hợp quốc trước đây, gọi việc sản xuất ethanol từ lương thực là “tội ác chống nhân loại”.
Nhưng trên thực tế sản xuất ethanol bằng công nghệ sinh học lại không đi theo con đường này.
Nguyên liệu tạo ra ethanol là các loại cellulose như rơm, cỏ, các loại rác thải có chứa cellulose (và hemicellulose).
Lúc đầu dùng phương pháp thủy phân bằng acid, sau đó dùng phương pháp thủy phân bằng amoniac. Hiện nay người ta dùng phương pháp thủy phân bằng enzym để biến cellulose (và hemicellulose) thành đường thô (glucose và một vài loại đường khác). Rồi từ đường lên men, chưng cất ra ethanol. Ethanol làm từ cellulose gọi là ethanol-cellulosic.
Cách đây không lâu, do thủy phân cellulose bằng acid nên hiệu suất thủy phân rất thấp (không biến được hầu hết sợi cellulose thành đường), thêm nữa, kỹ thuật chưng cất đường thành ethanol lại theo phương pháp cổ điển nên hiệu suất chưng cất cũng thấp. Do đó, giá thành ethanol-cellulosic rất cao. Nếu lấy giá ethanol sản xuất từ mía là 1 lần thì giá ethanol từ bắp gần 2 lần, từ đậu nành gần 3 lần, từ cellulose xấp xỉ tới 6 lần.
Gần đây, do thủy phân cellulose bằng enzym nên hiệu suất thủy phân cao (hầu hết sợi cellulose chuyển thành đường), việc chưng cất đường thành ethanol lại theo phương pháp hiện đại nên hiệu suất chưng cất khá cao. Kết quả giá thành ethanol – cellulosic hạ xuống đến mức không ngờ. Một gallon ethanol cellulosic của hãng Genencor chỉ có giá 0,1 – 0,2 USD ; của hãng Novozymes Biotech 0,1 USD, giảm 30- 50 lần so với giá trước đây (trên dưới 5 USD).
Thực chất việc sản xuất ethanol-cellulosic là sản xuất theo công nghệ sinh học. Theo cách này, sinh khối (cenllulose) khô có đến 70% được chuyển hóa thành đường rồi thành ethanol-cenllulosic, khoảng 30 % còn lại chủ yếu là các dạng protein đậm đặc dùng chế biến thức ăn gia súc và lignin ở dạng bã được ép thành bánh làm nhiên liệu cho chính việc chưng cất ethanol.
Sản lượng ethanol- cellulosic từ cellulose còn cao gấp nhiều lần dầu (bio-diezel) và ethanol sản xuất từ lương thực. Cụ thể một tấn rơm khô cho ra 75 gallon, mỗi tấn cỏ khô Switchrass (Panicum virgatum) cho ra 75-117gallon ethanol-cellulosic. Trên 1 ha cây dừa cho 200 gallon, cây cọ cho 500 gallon, bắp cho 300 gallon nhưng trên 1ha cỏ Switchrass (Panicum virgatum) cho tới 1.200 gallon ethanol.
Để vừa sản xuất ethanol-cellulosic vừa tạo điều kiện thuận lợi cho nông dân, tại bang Idaho (Mỹ) người ta thành lập một dự án sản xuất mỗi năm 50-60 triệu gallon ethanol-cellulosic từ khoảng 1 triệu tấn sinh khối khô, chia làm 3 giai đoạn. Giai đoạn đầu: Nông dân thu gom sinh khối, làm khô, đem bán cho trạm chế biến. Giai đoạn 2: Các trạm chế biến thường đóng gần các vùng dân cư sẽ lấy ngay sinh khối khô vừa thu mua được, cho mối ăn vụn ra, rồi thủy phân thành đường thô. Giai đoạn cuối: Đường thô sẽ chuyển về nhà máy trung tâm, chưng cất thành ethanol-cellulosic. Với cách làm này, người dân trong vùng vừa bán dược các chất thải loại vừa có thêm công ăn việc làm.
Rõ ràng sản xuất ethanol theo cách này không làm hao hụt lương thực mà tận dụng được các phần khác của cây lương thực trước đây vẫn bỏ đi, làm cho cây lương thực thêm giá trị, ngoài ra còn tận dụng được nhiều nguyên liệu cellulose từ các nguồn khác (cây cỏ dại, rác thải, kể cả tảo sau khi đã lấy kiệt dầu) làm cho môi trường sạch thêm. Điều này hấp dẫn các nhà đầu tư và các nhà hoạch định chính sách.
Hàng triệu triệu năm trước, sinh vật bị chôn vùi, rồi theo sự phân giải tự nhiên chuyển hóa thành năng lượng dầu mỏ, với tốc độ chậm chạp. Việc sản xuất năng lượng sinh học hiện nay suy cho cùng cũng là một cách phân giải sinh vật chuyển hóa thành năng lượng sinh học do chính con người chủ động thực hiện, thông qua công nghệ sinh học hiện đại, với tốc độ nhanh hơn. Ý tưởng cũng như các dự án theo hướng này phù hợp với quy luật tự nhiên, chắc chắn sẽ trở thành hiện thực trong tương lai không xa.
