Cung Cấp Năng Lượng Cho Trái Đất – Chương 12: Năng lượng tại Mỹ (Phần 8)

Powering Planet Earth:
Energy Solutions for the Future

by Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Nick Serpone

Chapter 12: Energy USA – Chương 12: Năng lượng tại Mỹ (Phần 8)

Năng lượng tái tạo – Sinh khối

Chúng ta đã nói nhiều về sinh khối trước đây trong cuốn sách này nhưng chưa bao giờ thực sự mô tả sinh khối được làm bằng những gì, ngoại trừ trong một cách rất thô sơ. Sinh khối được mô tả tốt nhất như là vật liệu có nguồn gốc từ sinhvật sống, hoặc các sinh vật đã sống gần đây – Ví dụ, trữ lượng từ rừng (cây chết, các nhánh và gốc cây), tỉa cây, dăm gỗ, chất thải rắn đô thị, và những loại cây đặc biệt được trồng để  sản xuất điện hoặc nhiệt.

Sinh khối (biomass) cũng bao gồm chất từ thực vật hoặc động vật được chuyển đổi thành các sợi hoặc hóa chất công nghiệp khác, bao gồm cả nhiên liệu sinh học (biofuels), trong khi sinh khối công nghiệp được trồng từ nhiều loại thực vật, bao gồm Miscanthus (cây thuộc họ lúa – chú thích của người dịch – ND), cỏ, cây gai dầu, ngô, cây dương, cây liễu, cây lúa miến, mía, và một loạt các loài cây khác nhau, từ cây bạch đàn đến cọ dầu. Trong khi cuộc tranh luận vẫn còn tiếp tục về “cacbon ròng trung tính” (net carbon neutrality – lượng khí thải cacbon được cân bằng với lượng được hấp thụ – ND), sự khác biệt chính là khoảng thời gian chu trình cacbon tương đối ngắn của sự trưởng thành sinh khối (vài năm hoặc vài thập kỷ) so với hàng triệu năm cần thiết để chuyển đổi carbon vào nhiên liệu hóa thạch.

Như một nguồn năng lượng, sinh khối có thể được sử dụng trực tiếp hoặc chuyển đổi thành dạng năng lượng khác như khí mêtan hoặc nhiên liệu cồn sinh học cho giao thông. Dầu diesel sinh học cũng có thể được sản xuất từ các sản phẩm thực phẩm còn sót lại như dầu thực vật và mỡ động vật. Rác thối rữa và chất thải trong nông nghiệp và của con người tạo ra khí methan, còn được gọi là khí bãi rác (landfill gas) hoặc khí sinh học (biogas). Sử dụng trực tiếp, sinh khối có thể tạo ra điện thông qua quá trình đốt cháy và có thể làm nóng và/hoặc làm mát các tòa nhà.

Sinh khối để sản xuất điện thường phụ thuộc vào các khu vực nơi sinh khối được sử dụng – ví dụ, sản phẩm phụ từ rừng như dư lượng gỗ là phổ biến ở Mỹ, trong khi trấu là phổ biến ở Đông Nam Á, và dư lượng chăn nuôi (chất thải gia cầm) là phổ biến ở Vương quốc Anh.

Nhiệt là cơ chế chi phối chủ yếu để chuyển đổi sinh khối thành các dạng hóa năng khác, ví dụ, làm khô bằng nhiệt, nhiệt phân và khí hóa, mỗi cách trong số đó phụ thuộc vào mức độ mà các phản ứng hóa học được phép tiến hành, và theo mức độ ô-xy và nhiệt độ quá trình. Các phương pháp ít phổ biến khác (thử nghiệm hoặc quyền sở hữu) là nâng cấp thủy nhiệt (hydrothermal upgrading – HTU) và quá trình xử lý với hydro.

Mức độ năng lượng được tạo ra với sinh khối tại Mỹ là khoảng 11 GW với công suất hoạt động mùa hè, chiếm khoảng 1.4% nguồn cung cấp điện Mỹ. Nhà máy điện sinh khối lớn nhất ở Bắc Mỹ là cơ sở 140 MW New Hope Power Partnership, trong đó sử dụng chất xơ mía và gỗ đô thị tái chế làm nhiên liệu để tạo ra đủ năng lượng cho quá trình hoạt động nghiền và chế biến. Cơ sở này cũng cung cấp điện từ năng lượng tái tạo cho gần 60 000 ngôi nhà, và làm giảm sự phụ thuộc hàng năm của Mỹ vào dầu mỏ tương đương với hơn 1 triệu thùng.

Như đã nói trước đó rằng quá trình đốt sinh khối là cacbon trung tính, nhưng khi sinh khối được sử dụng như một loại nhiên liệu thì gây ra ô nhiễm không khí qua sự phát thải CO2, các oxit nitơ (NOx), hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), hạt khí quyển, và các chất ô nhiễm khác, đôi khi ở trên cả mức phát thải từ quá trình đốt cháy than và khí thiên nhiên nhiên liệu truyền thống.

Carbon đen – một loại hạt mịn khí quyển – chất gây ô nhiễm được sản xuất từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn của nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu sinh học và sinh khối – đã được tuyên bố là có thể là nguồn đóng góp lớn thứ hai cho sự nóng lên toàn cầu. Một nghiên cứu của Thụy Điển năm 2009 về các đám mây màu nâu khổng lồ mà định kỳ bao phủ khu vực rộng lớn ở Nam Á đã tìm thấy rằng đốt sinh khối là nguyên nhân chính của các đám mây, và đến một mức độ chỉ thấp hơn  đốt nhiên liệu hóa thạch. Nồng độ đồng vị cacbon-14 là đáng kể và vì thế có liên quan với đời sống thực vật gần đây hơn là với nhiên liệu hóa thạch.

Trong thực tế, quan niệm cho rằng sinh khối là cacbon trung tính như đã được đề xuất vào đầu những năm 1990 đã bị thách thức bởi nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy rằng rừng nguyên sinh trưởng thành cô lập cacbon hiệu quả hơn so với các vùng phát quang cây. Khi thành phần cacbon của một cây được thải vào khí quyển một cách riêng lẻ, điều đó đóng góp nhiều tới biến đổi khí hậu hơn là gỗ rừng mục nát từ từ qua nhiều thập kỷ. Nghiên cứu hiện nay cũng chỉ ra rằng thậm chí sau 50 năm, rừng vẫn chưa phục hồi về mức lưu trữ carbon ban đầu của mình, chiến lược tối ưu có lẽ là bảo vệ những cánh rừng đang có (even after 50 years, the forest has not recovered to its initial carbon storage, and the optimal strategy is likely to be protection of the standing forest).

Năng lượng sinh học rừng, như hiện đang được phát triển ở Canada, đe dọa tình trạng tốt đẹp của những cánh rừng của chúng ta và sẽ làm tổn hại đến khí hậu toàn cầu trong nhiều thập kỷ tới Số lượng gỗ bị đốt cháy trong các nhà máy điện hoặc chuyển thành nhiên liệu lỏng được phát triển theo cấp số nhân mà không hề được công chúng biết đến và ít có giám sát hoặc quy định của chính phủ.

Forest bioenergy, as it is currently being developed in Canada, threatens the health of our forests and will harm the global climate for decades to come… The amount of wood being burned in power plants or turned into liquid fuels is growing exponentially without the public’s knowledge and little government oversight or regulation.

Nicolas Mainville, Greenpeace Canada

Gần đây, Greenpeace Canada và Hội đồng Bảo vệ Tài nguyên thiên nhiên Mỹ (USNRDC) cũng đã đặt câu hỏi về quan điểm cho rằng sinh khối dựa trên tài nguyên rừng không ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu (Hình 55). Nghiên cứu khoa học gần đây cũng cho thấy lượng khí cacbon do đốt sinh khối được thu lại bằng tái trồng cây có thể mất nhiều thập kỷ và thậm chí lâu hơn trong các lĩnh vực năng suất thấp. Hơn nữa, hoạt động khai thác đất rừng gây xáo trộn đất rừng dẫn đến sự phát thải cacbon được lưu trữ trong đất. Nhận thức được nhu cầu cấp bách để giảm phát thải khí nhà kính trong ngắn hạn để giảm thiểu tác động hiện hành về biến đổi khí hậu, một số nhóm môi trường phản đối sử dụng sinh khối rừng ở quy mô lớn để sản xuất năng lượng.

Hinh 55-w

Hình 55: Bìa của các tạp chí của Greenpeace (trái) và hình ảnh của sinh khối rừng.

Trong báo cáo rất dài mang tên Tuyên bố sai trái về cacbon trung tính che dấu những tác động tới khí hậu (False Claims of Carbon Neutrality Conceal Climate Impacts), Greenpeace Canada đưa ra một số điểm thú vị mà cũng được áp dụng ở Mỹ và các nơi khác:

1) Đốt sinh khối rừng tự nhiên – bất kể là cho mục đích điện, nhiệt hoặc nhiên liệu sinh học – không phải là cacbon trung tính như các chính phủ và các công ty tuyên bố. Đốt cây góp phần vào biến đổi khí hậu trong nhiều thập kỷ, như đã được chỉ ra bởi khoa học gần đây, cho đến khi cây thay thế hoàn toàn phát triển trở lại.

2) So với các nhà máy đốt than phát điện hiện nay ở Bắc Mỹ, hiện tại nhà máy điện sinh khối gỗ để sản xuất cùng một lượng năng lượng có thể phát ra ở ống khói lên đến 150% CO2 ảnh hưởng tới khí hậu, hơn 400% carbon monoxide (CO) gây kích thích phổi, và hơn 200% – các hạt vật chất gây ra hen suyễn. Lượng CO2 phát thải sẽ gây tổn hại cho khí hậu trong nhiều thập kỷ trước khi được thu nạp bởi tái – trồng cây.

3) Khoa học mới nhất chỉ ra rằng đốt nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ cây hiện tại sẽ tạo ra nhiều CO2 hơn so với sử dụng xăng trong hơn một thế kỷ.

4) Đốt sinh khối bắc cực góp phần vào biến đổi khí hậu thông qua một thời gian dài hoàn vốn cacbon do tái sinh tăng trưởng chậm của rừng và sự mong manh của trữ lượng cacbon hiện có.

5) Liên Bang và chính quyền cấp địa phương thất bại trong việc tính đúng lượng khí thải CO2 từ sản xuất năng lượng sinh học rừng bằng cách sử dụng các giả định đơn giản của cacbon trung tính. Thực tế, phát thải CO2 từ đốt sinh khối – khoảng 40 triệu tấn (megaton) hàng năm tại Canada – là khoảng tương đương của lượng phát thải của phương tiện trọng tải nhẹ ở Canada năm 2009.

Năng lượng tái tạo – Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học đã được sử dụng ở Mỹ vào đầu những năm 1900 để cung cấp điện cho nhưng loại xe như mô hình Ford T sử dụng nhiên liệu ethanol, sau đó mối quan tâm đến nhiên liệu sinh học giảm dần cho đến khi người Mỹ đã phải đối mặt với cuộc khủng hoảng dầu đầu tiên năm 1973 và sau đó là cuộc khủng hoảng dầu thứ hai năm 1979. Ngay sau khi cuộc khủng hoảng năm 1973, Bộ Năng lượng thành lập Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) vào năm 1974 ở Golden, Colorado. Phòng thí nghiệm này bắt đầu làm việc vào năm 1977 trên những vấn đề khác như nghiên cứu nhiên liệu sinh học. Hai Đạo luật về chính sách năng lượng đã được Quốc hội thông qua, lần đầu tiên vào năm 1994 và lần thứ hai vào năm 2005, thúc đẩy nhiên liệu tái tạo.

Mỹ sản xuất dầu diesel sinh học và ethanol nhiên liệu (khoảng 4.9 tỷ US gallons ethanol; tương đương 18.38 triệu mét khối) từ ngô làm nguyên liệu chính – kể từ năm 2005 Mỹ đã vượt qua Brazil trở thành nước sản xuất ethanol lớn nhất thế giới. Hai quốc gia này chiếm gần 70% của tất cả sản lượng ethanol, với tổng sản lượng thế giới là 13.5 tỷ gallon Mỹ (51 triệu mét khối, hay là 40 triệu tấn thông thường). Trong năm 2007, riêng Mỹ và Brazil chiếm 88% của 13.1 tỷ gallons (50 triệu mét khối) tổng sản lượng thế giới của cồn sinh học/ethanol. Tăng kiểm soát ô nhiễm, yêu cầu về biến đổi khí hậu, và giảm thuế, đã làm tăng kỳ vọng rằng thị trường Mỹ cho nhiên liệu sinh học sẽ tiếp tục phát triển.

Đối tượng tiêu dùng nhiên liệu sinh học lớn nhất tại Mỹ là quân đội. Hầu hết các phương tiện tải trọng nhẹ trên đường của Mỹ ngày nay chạy trên hỗn hợp lên đến 10% ethanol/ 90% xăng, mặc dù các nhà sản xuất đã sản xuất xe hơi được thiết kế để chạy trên các hỗn hợp với thành phần ethanol cao hơn nhiều. Một trong những lý do cho sự phổ biến và nhu cầu nhiên liệu ethanol sinh học ở Mỹ là phát hiện vào cuối năm 1990 rằng MBTE (methylbutyl ether) hóa chất ôxy hóa phụ gia trong xăng gây nên ô nhiễm nước ngầm. Nghiên cứu hiện tại tập trung vào nhiên liệu sinh học từ cellulose để tránh áp lực lên giá lương thực và thay đổi sử dụng đất nếu sử dụng nhiên liệu sinh học trải qua một sự tăng trưởng lớn.

Nhiên liệu sinh học cũng có thể thu được từ quá trình khí hóa sinh khối; ngày càng có nhiều người, mặc dù chỉ là số nhỏ hiện nay, sử dụng khí gỗ làm nhiên liệu cho xe hơi và xe tải trên khắp nước Mỹ. Nhiên liệu sinh học là phổ biến nhất trong các quốc gia nông nghiệp, nơi mà hầu hết các nguyên liệu nhiên liệu sinh học được sản xuất. Nhiệm vụ bây giờ là mở rộng thị trường ở những nơi khác. Việc chuyển đổi từ xăng sang nhiên liệu sinh học đang được thúc đẩy bởi sự xuất hiện của phương tiện nhiên liệu linh hoạt, do điều này cho phép lựa chọn các loại nhiên liệu khác nhau dựa trên giá và sự sẵn có. Ethanol ngô và dầu diesel sinh học từ đậu tương đáp ứng 12% nhu cầu xăng dầu và 6% nhu cầu dầu diesel.

Sự phát triển của ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học đã cung cấp hàng ngàn việc làm trong xây dựng nhà máy, hoạt động và bảo dưỡng, chủ yếu là trong các cộng đồng nông thôn. Riêng ngành công nghiệp ethanol tạo ra gần 154 000 việc làm tại Mỹ vào năm 2005, thúc đẩy thu nhập hộ gia đình ở Mỹ lên 5.7 tỷ USD, và đóng góp khoảng 3.5 tỷ USD doanh thu thuế cho địa phương, tiểu bang và chính phủ liên bang. Điều quan trọng cần lưu ý là trong năm 2007 ngành công nghiệp này đã nhận được 3.25 tỷ USD hỗ trợ từ liên bang, chưa kể đến sự hỗ trợ bổ sung khác từ nhà nước và địa phương.

Hết Chương 12.

Người dịch: Đào Thu Hằng

Biên tập: Phạm Thu Hường

 

© copyright Zanichelli and Wiley-VCH

Permission granted for translating into Vietnamese and publishing solely on dotchuoinon.com for non-commercial purposes.

Trả lời

Điền thông tin vào ô dưới đây hoặc nhấn vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s