Nhiên liệu sinh học hứa hẹn giảm ô nhiễm môi trường ngành hàng không

Tại bất kỳ thời điểm nào cũng có vài ngàn máy bay hoạt động, và khi chúng cùng bay thì đã sản sinh ra 2% lượng khí thải carbon toàn cầu. Và tình hình chỉ càng thêm tồi tệ hơn với những vị khách có nhu cầu đi lại thường xuyên và đến những nơi xa hơn.

Theo một tính toán đến năm 2037, ngành hàng không thế giới có thể chuyên chở khoảng 8,2 tỷ hành khách tức gấp đôi số người vào các năm trước đó. Và cùng với sự gia tăng trong vận tải hàng hóa thì cũng đồng nghĩa rằng lượng khí thải carbon liên quan đến hàng không có thể tăng gấp 3 lần vào thời điểm năm 2050 nếu tính từ tốc độ tăng trưởng hiện tại.

Một nhóm các kỹ sư hóa học tại Đại học London (UCL) đang tìm cách để chuyển đổi chất thải hộ gia đình không thể tái chế thành khí Methanol để sản xuất ra nhiên liệu dùng để chạy chuyến bay đường dài mà không sản sinh ra lượng khí thải CO2.

Tham quan các bể nuôi tảo tại Trung tâm công nghệ tảo của TUM.

Kế hoạch đề ra là sẽ xây dựng các nhà máy nhiên liệu gần các bãi chôn lấp trên khắp đất Anh nhằm sản xuất ra sản phẩm mang tính kinh tế và an toàn hơn.

Ông Massimiliano Materazzi, một nhà nghiên cứu cao cấp tại Đại học London phát biểu: "Một nhà máy thương mại điển hình sẽ xử lý dưới 120.000 tấn chất thải mỗi năm, và cùng lúc sẽ sản xuất ra 22.800 tấn nhiên liệu".

Nhóm của ông Materazzi ước tính rằng lượng chất thải toàn nước Anh sẽ được chuyển đổi thành 3,5 triệu tấn nhiên liệu máy bay vào thời điểm năm 2050 - đáp ứng hơn 1/3 nhu cầu nhiên liệu của ngành hàng không quốc gia, đồng thời dẫn đến phát thải âm.

Đây cũng là một giải pháp gọn gàng để đối phó với vấn đề chất thải của nước Anh kể từ khi diện tích các bãi chôn lấp ngày một giới hạn và hiểm họa rò rỉ bất kỳ lúc nào.

Và nó sẽ có ích cho các mục tiêu biến đổi khí hậu của ngành công nghiệp hàng không: trước hết, hạn chế lượng khí thải carbon vào thời điểm năm 2020 có nghĩa là bất kỳ sự tăng trưởng sau năm này sẽ được coi là "carbon trung tính" thông qua các hoạt động bù đắp như trồng cây xanh; thứ hai là, giảm một nửa lượng khí thải vào năm 2050 so với giá trị đạt được từ năm 2005.

Vậy nhiên liệu sinh học sẽ làm việc như thế nào? Một chuyến bay chạy hoàn toàn bằng thứ nhiên liệu được chiết xuất từ thực vật như cây Dầu Mè, tảo hay các phế phẩm sẽ thải khoảng 80% lượng carbon so với nhiên liệu hóa thạch thông thường, hứa hẹn sẽ là giải pháp giảm thiểu carbon trong tương lai.

Bà Corinne Scown, một nhà nghiên cứu tại khu vực công nghệ năng lượng của Phòng thí nghiệm Berkeley thuộc Viện năng lượng sinh học liên kết (JBEI, một phần của Bộ Năng lượng Anh) giải thích: "Khó khăn trong việc điện khí hóa hàng không bằng cách dùng pin hay các tế bào nhiên liệu một phần là bởi vì sự hạn chế trọng lượng của máy bay, vì các nhiên liệu sinh học chất lỏng có tiềm năng sẽ đóng vai trò lớn trong việc giảm thiểu khí thải nhà kính".

Nhiên liệu sinh học từng là một ẩn số của ngành hàng không. Năm 2008, hãng hàng không Virgin Atlantic đã dùng máy bay Boeing 747 bay từ London đến Amsterdam với 20% dầu tại một trong 4 bể chứa nhiên liệu được làm từ dừa và dầu cọ Babassu.

Và tới năm 2008, hãng hàng không New Zealand (Air New Zealand) với các chuyến bay hoạt động bằng nhiên liệu theo tỷ lệ 50-50 dầu mè và nhiên liệu bay.

Những chuyến bay thử nghiệm dạng này đã chứng minh rằng nhiên liệu sinh học đã thích hợp cho máy bay và không cần đòi hỏi bất kỳ sửa chữa nào đối với các loại động cơ hiện có. Năm 2010, hãng Airbus đã phô diễn tại Hội chợ hàng không Berlin (BAS) rằng rất có tiềm năng bay bằng nhiên liệu sinh học làm từ tảo.

Nhưng một thập kỷ đã trôi qua và khoảng 150.000 chuyến bay thương mại đã diễn ra, nhưng nhiên liệu sinh học vẫn chiếm không đầy 1% của tổng nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu trong ngành hàng không và thường phải dùng kết hợp với các nhiên liệu hóa thạch thông thường. Sao lạ vậy?

Căn nguyên chính là ở chỗ nhiên liệu sinh học dựa trên Ethanol dùng trong xe hơi, xe gắn máy lại không được áp dụng cho ngành hàng không - chúng là những cái bẫy nước trong đường ống nhiên liệu máy bay và có thể đóng băng khi máy bay lên độ cao.

Bên cạnh đó, việc đầu tư vào phát triển và sản xuất các nhiên liệu sinh học dựa trên thực vật thường quá đắt đỏ. Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO) đã ước tính rằng một sự thay thế hoàn toàn bằng nhiên liệu sinh học sẽ đòi hỏi phải cần tới 170 nhà máy tinh chế nhiên liệu đủ lớn, được xây dựng mỗi năm từ năm 2020 tới năm 2050, và ngốn chi phí từ 11 tỷ bảng Anh lên 46 tỷ bảng Anh mỗi năm.

Điều này cũng có thể làm khuấy động một cuộc tranh cãi do liên quan đến thâu tóm đất đai và an ninh lương thực. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang làm việc miệt mài để tìm ra những cách thay thế thích hợp. Các nhà hóa học đến từ Đại học công nghệ Munich (TUM) đang tất bật trồng loại tảo sản xuất ra lipid trong các hồ nước mặn có chiếu đèn LED.

Bằng cách kích thích các mức độ độ ẩm, ánh sáng và nhiệt độ khác nhau, các nhà nghiên cứu đang hy vọng tìm ra cách để những cơ chế sinh học quang hợp này phát triển mạnh trước khi dời chuyển sản xuất đại trà đến những địa điểm có nắng mặt trời quanh năm như Nam Tây Ban Nha hay miền Bắc Phi Châu.

"Chúng tôi không có ý định cạnh tranh với hoạt động nông nghiệp", dẫn lời phân trần của ông Thomas Brück, người đang quản lý Trung tâm công nghệ tảo của TUM, một cơ sở nghiên cứu được tài trợ ngân sách một phần bởi nhà sản xuất máy bay Airbus và chính phủ Đức.

Ông Thomas Brück dẫn giải: "Có một mối quan tâm khổng lồ vào các nhiên liệu thay thế bởi những nhân vật có "máu mặt". Các nhà điều hành và sản xuất máy bay "rõ ràng đã giảm được lượng khí thải CO2, nhưng họ không có động lực đầu tư vì cần trang trải cho những thứ đang hoạt động và tìm nguồn tiền thay thế nhằm hỗ trợ cho nghiên cứu theo hướng đó".

Nguyễn Thanh Hải (tổng hợp)