Đề tài Một số giải pháp công nghệ để phát triển bền vững nhiên liệu sinh học

i chừng 5-6 triệu hécta sẽ được dành để trồng các loại cây phục vụ chương trình sản xuất NLSH. Ông Hamdi cho biết bên cạnh việc bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường, thì xoá đói nghèo nhằm tạo ra nhiều việc làm mới để giải quyết nạn thất nghiệp là mục tiêu chính của chương trình phát triển NLSH. Điều này đặt ra trong bối cảnh khoảng 40 triệu người Inđônêxia sống với mức thu nhập dưới mức 1,55 USD/ngày, và Chính phủ nước này đang phấn đấu cắt giảm tỷ lệ thất nghiệp từ mức 10,2% năm 2006 xuống chỉ còn 6% vào năm 2009 và 2010. Ông còn nói Inđônêxia đang học hỏi kinh nghiệm và cách làm linh hoạt của Braxin-một trong những nước sản xuất ethanol sinh học hoặc xăng dầu tuỳ theo giá cả của hai mặt hàng này. Với việc có khoảng 4,5 triệu hécta đất vốn đã bị khai thác gỗ và bị bỏ hoang ở Trung Kalimantan và Đông Kalimantan trên đảo Borneo, hoạt động trồng các cây dùng để chế NLSH không những tạo ra nhiều việc làm mà còn góp phần cải thiện cho hàng nghìn ngôi làng và hải đảo không thể tiếp cận hệ thống truyền tải điện có thể tự túc được nguồn điện. Hiện khoảng 30% dân số của quốc đảo này chưa được tiếp cận với nguồn điện. Theo ông Hamdi, ngoài mục tiêu tăng nguồn năng lượng thay thế, chương trình trên còn nhằm mục tiêu xoá đói nghèo, tạo thêm công ăn việc làm, tăng sức mua và cải thiện môi trường thông qua việc tăng cường sử dụng những vùng đất bỏ hoang. 3. Philipin Ngay từ đầu thập kỷ 30 của thế kỷ trước, ethanol đã từng được sử dụng như loại nhiên liệu cho xe gắn máy ở Philipin. Việc nghiên cứu sử dụng ethanol làm nhiên liệu chạy xe đã được các kỹ sư của khoa Nông nghiệp trường Đại học Philipin, đứng đầu là TS. Anastacio Teodoro, thực hiện. Trong thời kỳ khủng hoảng xăng dầu do chiến tranh ở Trung Đông, khi giá của xăng dầu có nguồn gốc từ hóa thạch không ngừng gia tăng, thì Philipin lại nghĩ đến NLSH có nguồn gốc từ những cây trồng như mía, bắp, khoai mì và các loại cây khác.Nhưng chỉ đến năm 2005, Chính phủ mới tập trung giải quyết vấn đề này bằng cách thông qua Luật về NLSH năm 2005 (Luật Cộng hòa No9637). Tổng thống Gloria Macapagal-Arroyo đã ký ban hành Luật NLSH (ngày 12/01/2007), theo Luật này, nhiên liệu như xăng dầu và diesel nên trộn với 1% ethanol sinh trong vòng 3 tháng khi Luật này có hiệu lực. Việc pha trộn này sẽ tăng dần lên 2 đến 5% trong 2 năm sau đó. Trong vòng 4 năm tỉ lệ pha trộn sẽ đạt tới 10%. Việc thực hiện đầy đủ Luật NLSH sẽ tiết kiệm cho đất nước này khoảng 35 tỷ pêsô tiền nhập khẩu xăng dầu hàng năm. Bộ luật No9637 sẽ thúc đẩy phát triển việc trồng ngô, mía và dừa ở nước này, chúng sẽ là nguồn nguyên liệu thô cho sản xuất ethanol sinh học. Nếu cân nhắc đến việc các cây trồng này được sản xuất cho các mục đích chuyên biệt, thí dụ như ngô để làm thức ăn cho gia súc, dừa để lấy dầu, mía để lấy đường thì Chính phủ bây giờ cũng phải nghĩ đến việc tìm những cây nào khác để thay thế chúng. Hiện nay, đối tượng của hoạt động nghiên cứu và phát triển này là cây lúa miến ngọt (Sweet Sorghum). Đây là một loại cây có thân giàu chất đường, giống như mía, nó được gọi là “Cây của cuộc sống” vì có nhiều giá trị sử dụng. Thư ký nông nghiệp, ông Arthur C. Yap đã phát biểu ở “Diễn đàn đầu tư công nghệ cho cây lúa miến để sản xuất ethanol”, được tổ chức ngày 19/01/2007: “Cây lúa miến sẽ đóng vai trò chủ yếu trong cuộc chạy đua của nước này nhằm đạt sự độc lập về năng lượng do nó có nhiều công dụng. Các nhà khoa học thấy rằng cây lúa miến có thể được xem là nguồn nguyên liệu thô để sản xuất ethanol. Một nguồn tin mới cho thấy cây này cũng trồng dễ dàng ở các trang trại ở Philipin, theo những nghiên cứu đã được thực hiện gần đây ở trường đại học MMSU ở Batac, ILLocos Norte. Năng suất trung bình thu được từ thân cây lúa miến trong 2 vụ mùa trong 8 tháng là 110 tấn/hecta (gồm một vụ chính và một vụ tiếp theo mọc lên từ các chồi non sau khi thân chính bị cắt). So với cây mía thì năng suất của cây lúa miến cao hơn và thời gian từ lúc trồng cho đến thu hoạch cũng ngắn hơn (một vụ mía phải mất 12 tháng trong khi một vụ lúa miến chỉ 4 tháng). So với các nguồn ethanol sinh học khác, nó cũng ít đòi hỏi đầu tư ban đầu cũng như ít đòi hỏi về nước tưới TS. Dar khẳng định “Việc thương mại hóa và trồng ồ ạt cây này sẽ báo trước điều tốt cho nước họ khi Tổng thống Arroyo đã ký đạo luật NLSH, cho phép sử dụng xăng dầu pha etanol và diesel sinh học”. Theo báo cáo của ông V.L. Sonny Domingo, một doanh nhân trong lĩnh vực nông nghiệp thì các nông dân sẽ được khuyến khích để tham gia vào việc sản xuất lúa miến khi họ thực sự làm chủ nhà máy ethanol. Vốn đầu tư sẽ do nhà nước và các tổ chức tài chính sẵn sàng giúp đỡ các nông dân trong việc trồng những cây trồng có giá trị cao trên nông trại của họ. Quan trọng nhất là Tổng thống Arroyo, đã ủng hộ hoàn toàn việc thương mại hóa trồng cây lúa miến như một nguồn ethanol sinh học bền vững. Tóm lại, chẳng bao lâu nữa phần lớn nhu cầu năng lượng của đất nước này sẽ được cung cấp từ các nông trại, thay vì được lấy từ những mỏ dầu trong lòng đất. II. PHÁT TRIỂN NLSH VÀ VẤN ĐỀ AN NINH LƢƠNG THỰC Bên cạnh các ưu điểm đã biết, công cuộc phát triển NLSH cũng chứa đựng không ít nguy cơ về môi trường, kinh tế và xã hội. Nếu không được quản lý và kiểm soát tốt, các tác dụng xấu sẽ xảy ra, thậm chí có thể lớn tới mức nhấn chìm cả những mặt tích cực do NLSH mang lại. Nguy cơ sẽ càng rõ hơn theo quy mô ngày càng tăng của nền công nghiệp NLSH. Ông Hiroyuki Konuma, Phó Giám đốc đại diện của Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp quốc (FAO) tại khu vực Châu Á và Thái Bình Dương cho biết, thế giới hiện có khoảng 14 triệu ha đất, chiếm 1% diện tích đất trồng trọt, đang được sử dụng cho việc sản xuất NLSH và diện tích này có thể tăng lên 3,5%, hoặc cao hơn nữa trong tương lai gần. Hơn nữa, ông cũng khẳng định: “Trong cuộc đổ xô về NLSH này, FAO đang kêu gọi các quốc gia phải có chính sách bảo vệ đất trồng, nguồn nước, rừng và hướng dẫn phát triển NLSH theo hướng an toàn, bền vững”. FAO cho biết, các quan chức từ các quốc gia thuộc khu vực sông Mêkông (GMS) đã đi đến thỏa thuận trong cuộc họp về tiến hành các nỗ lực nhằm thay đổi hình ảnh khu vực nông thôn ở các quốc gia này trong một vài năm tới, đặc biệt là các vấn đề nông nghiệp, môi trường và năng lượng. Cho dù các dự án chỉ ra rằng NLSH được sản xuất từ các nguyên, vật liệu sinh học chỉ có thể đáp ứng được 25% nhu cầu năng lượng toàn cầu tới năm 2050, tuy nhiên phát triển và sử dụng NLSH đã trở thành tiêu điểm quốc tế quan trọng, vừa tạo ra lợi ích công cộng to lớn cũng như làm nảy sinh nhiều cuộc tranh cãi gay gắt. Sự mở rộng về NLSH có thể sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất thực phẩm nếu những công nghệ mới và hiệu quả không được phát triển để phục vụ cho sản xuất NLSH và cả lương thực thực phẩm, Giám đốc ADB, ông Urooj Malik, cho biết. Trong khi việc hình thành các ngành chất đốt sinh học trong GMS có thể tạo ra thu nhập và công ăn việc làm đồng thời đáp ứng được nhu cầu về năng lượng của khu vực, thì mặt khác, ông cũng cảnh báo tới những nguy cơ có thể ảnh hưởng tới sản xuất trên diện rộng và việc đơn canh sẽ làm giảm đi tính đa dạng sinh học của môi trường, gây xói mòn đất trồng và giảm lượng dinh dưỡng. Các quan chức GMS đều cho rằng khu vực này có tiềm năng trở thành một nơi sản xuất NLSH lớn trên thế giới, tuy nhiên còn rất nhiều việc làm để có được mục tiêu đã đề ra. Để đạt được điều đó, 6 quốc gia sẽ phải hành động trên hai mặt trận: phác thảo kế hoạch cho quốc gia và tiểu vùng về NLSH và chuẩn bị các chiến lược nhằm phát triển NLSH cùng các chất thay thế.Nguy cơ chính trong quá trình phát triển sản xuất NLSH cần phải kể đến là là vấn đề an ninh lương thực. Việc sử dụng đất để trồng cây nguyên liệu sản xuất NLSH có thể ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực hoặc làm tăng giá lương thực, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Khi người nông dân thấy trồng cây nguyên liệu (như mía đường, cọ...) có lợi hơn trồng lúa, ngô, khoai, sắn, họ sẽ thôi cấy lúa, chuyển sang trồng mía, cọ để cung cấp cho các nhà máy điều này sẽ làm giảm sản lượng lương thực. Giá lương thực tăng mạnh là chủ đề thảo luận hàng đầu trong Chương trình nghị sự của Hội nghị mùa xuân hàng năm giữa Ngân hàng Thế giới (WB) và Quỹ tiền tệ quốc tế (IMF), tổ chức đầu năm 2008 tại Washington. Tại cuộc Họp báo, ông Zoellick, Chủ tịch WB đã giơ cao chiếc bánh mì để bày tỏ sự nghiêm trọng của cuộc khủng hoảng lương thực. "Ở Bangladesh, túi gạo 2 kg... giờ đây tiêu tốn tới một nửa tổng thu nhập một ngày của một gia đình nghèo. Giá một ổ bánh mỳ đã tăng hơn hai lần. Dân nghèo ở Yemen chi tới 1/4 thu nhập của họ chỉ để mua bánh mỳ". Ông Zoellick nhận định, tình trạng giá lương thực tăng cao sẽ còn kéo dài: "Tôi nghĩ, chúng ta đang đứng trước một cơn bão giá toàn diện. Giá nhiên liệu tăng. Nhu cầu ở các nước đang phát triển tăng... Như Bộ trưởng Thương mại Ấn Độ nói với tôi, chuyển từ một bữa một ngày sang 2 bữa cho 300 triệu người đòi hỏi cực kỳ nhiều lương thực". "...Thêm thịt đòi hỏi thêm ngũ cốc. Trong khi đó, NLSH phát triển mạnh. Đó là nguyên nhân chủ yếu". Trong 2 năm qua, giá ngô ở Mỹ đã tăng hơn hai lần, nguyên nhân chính là do nhu cầu sản xuất nhiên liệu thay thế như ethanol. Ngoài ra, thay đổi khí hậu, hạn hán ở Ôxtrâylia và châu Âu, khiến mùa vụ thất bát đã đẩy giá lương thực tăng mạnh. Trong một diễn đàn khu vực về năng lương sinh học, Tổ chức Lương Nông của Liên Hiệp Quốc (FAO) thừa nhận NLSH thân thiện với môi trường hơn nhiên liệu dầu mỏ và giúp đảm bảo an toàn năng lượng cho nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, lợi ích này đi cùng với bất lợi tiềm ẩn khi nhiều nước chuyển hàng triệu hecta để trồng cọ lấy dầu, mía và các loại cây trồng khác để làm nhiên liệu sản xuất NLSH. Việc này đã làm tăng giá bắp ở Mỹ và Mexico và có thể dẫn đến thiếu hụt lương thực ở các nước đang phát triển. Liên Hiệp Quốc (LHQ) cũng khuyến cáo Trung Quốc và Ấn Độ có thể đối mặt với tình trạng thiếu nước bởi các loại cây trồng để sản xuất NLSH cần một lượng lớn nước, trong khi đó rừng ở Inđônêxia và Malaixia cũng đang đối mặt với việc gia tăng diện tích các đồn điền trồng cọ lấy dầu. Lúc đầu NLSH được cho là "phương thuốc" giúp các nước đối phó với việc tăng giá dầu, giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên, vài tháng trước, Chính phủ Anh và các nhà khoa học đã thừa nhận NLSH gây hại nhiều hơn là lợi: chúng bảo vệ môi trường nhưng cũng phá hủy rừng tự nhiên, nơi hấp thụ cacbon của Trái đất và giúp giảm hiện tượng ấm lên toàn cầu. Chuyên gia về lương thực của LHQ, Jean Ziegler, vừa đưa ra cảnh báo rằng, việc sử dụng nông sản để sản xuất NLSH thay thế dầu mỏ sẽ làm cho thế giới thiếu lương thực hơn, thậm chí coi đó là “Tội ác chống lại loài người”. Vì lý do đó, Ziegler kêu gọi các nước cấm sản xuất NLSH trong vòng 5 năm tới với lý do là trong khoảng thời gian đó, các tiến bộ của khoa học kỹ thuật sẽ cho phép biến rác nông nghiệp, như lõi ngô hay lá chuối, thành nhiên liệu. Việc sản xuất NLSH đang được tăng cường với mục đích tìm ra những nhiên liệu ít gây ảnh hưởng đến môi trường thay thế dầu mỏ. Nước Mỹ cũng đang tìm cách giảm mạnh sự phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu do sự bất ổn chính trị ở các "giếng dầu" của thế giới. Tuy nhiên, chiều hướng này góp phần làm cho giá lương thực ở Mỹ tăng mạnh, đặc biệt là do các sản phẩm nông nghiệp từ ngũ cốc, đậu nành đến ngô được sử dụng để sản xuất cồn ethanol. Ông Ziegler không phải là người duy nhất lên tiếng cảnh báo về nguy cơ này. Viện Quản lý nước quốc tế (IWMI) ở Sri Lanka, qua nghiên cứu thực tế ở Ấn Độ và Trung Quốc - 2 nước đang tăng cường trông ngô và mía để cung cấp nguyên liệu sản xuất NLSH - đã cảnh báo về nguy cơ hạn hán nghiêm trọng ở hai nước này vì cả mía và ngô đều cần rất nhiều nước. Theo bà Charlotte de Fraiture, Tác giả chính của nghiên cứu, các cây nguyên liệu nói trên có thể huỷ hoại tính bền vững của nguồn nước và từ đó sẽ ảnh hưởng đến việc tưới tiêu cho các cây lương thực khác. Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Mỹ cũng đưa ra lời cảnh báo tương tự. Nghiên cứu của IWMI cho biết, Trung Quốc đang đặt mục tiêu tăng sản lượng ethanol lên bốn lần vào năm 2020, tương đương 18 tỷ lít, đáp ứng 9% nhu cầu về xăng dầu. Năm 2002, nước này đã sản xuất 4,3 tỷ lít ethanol. Ấn Độ cũng theo đuổi chiến lược tương tự. Nước này tuyên bố muốn tăng gấp đôi sản lượng ethanol vào năm tới, đáp ứng 10% nhu cầu về xăng dầu của cả nước. Theo nghiên cứu của IWMI, để đạt được mục tiêu này, Trung Quốc cần tăng 26% diện tích trồng ngô và Ấn Độ cần tăng 16% diện tích trồng mía. Nếu như vậy, các cây lương thực khác ở hai nước này sẽ có nguy cơ thiếu nước tưới trầm trọng và khả năng phải nhập khẩu lương thực là rõ ràng. FAO cảnh báo việc tăng nhanh sản xuất NLSH có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt lương thực tại khu vực châu Mỹ Latinh. “Xét về ngắn hạn, việc mở rộng sử dụng nhiên liệu chiết xuất từ cây lương thực sẽ ảnh hưởng lớn tới nền nông nghiệp các nước châu Mỹ Latinh”, Báo cáo của FAO chỉ rõ. Sản lượng dầu sinh học tăng nhanh đồng nghĩa với việc giá cả lương thực tăng cao và “sẽ đẩy những người nghèo đứng trước nguy cơ không thể mua đủ lương thực hàng ngày”. Đây là động thái mới nhất trong làn sóng chỉ trích các mặt trái về xã hội và môi trường của NLSH. Trong cuộc hội thảo do FAO tổ chức tại khu vực châu Mỹ Latinh và Carribe ngày 14/04/2008, đại diện Venezuela và các nước láng giềng như Bolivia, Nicaragua và Cuba đã chỉ trích mạnh mẽ việc sản xuất NLSH từ cây lương thực. “Không có an toàn lương thực (cho người nghèo), chúng ta thậm chí không nên nghĩ tới NLSH… Việc đó có thể dẫn tới sự thiếu hụt lương thực trầm trọng và bất ổn trong xã hội”, Thứ trưởng Bộ Phát triển Nông thôn Venezuela, Gerardo Rojas nói. Còn đại diện Cuba, ông Juan Arsenio Quintero, khẳng định, không thể chấp nhận được việc các nước nghèo phải sản xuất năng lượng sạch cho những nước giàu, trong khi chỉ sở hữu khoảng 15% số ô tô trên toàn cầu. Trong khi đó, Braxin nước đang đi đầu trong phong trào sản xuất NLSH lại bị đẩy vào thế phải tự biện hộ cho mình. Đại diện Braxin tại FAO, Jose Antonio Marcondes Carvalho, cho rằng diện tích trồng cây lương thực phục vụ sản xuất nhiên liệu sạch chỉ chiếm 1% diện tích đất của nước này. Chỉ có 2 nước là Mehico và Argentina lên tiếng ủng hộ Braxin và kêu gọi những người chỉ trích cần có thêm bằng chứng thuyết phục về hậu quả của việc sản xuất NLSH tới sự thiếu hụt lương thực. Tuy các tranh cãi vẫn còn tiếp tục, nhưng có một thực tế rõ ràng rằng trong thời kỳ khủng hoảng lương thực trên quy mô toàn cầu như hiện nay, việc sử dụng cây lương thực để sản xuất nhiên liệu cho động cơ đã vấp phải sự chỉ trích của hàng loạt các quốc gia, trong đó có cả những nước phát triển. III. MỘT SỐ HƢỚNG ĐỂ PHÁT TRIỂN NLSH BỀN VỮNG 3.1. Đẩy mạnh nghiên cứu và canh tác các loài thực vật có sản lƣợng dầu cao 3.1.1. Tảo Những tiến bộ của công nghệ đã làm dấy lên mối quan tâm mới tới một nguồn nguyên liệu rất giàu tiềm năng để sản xuất ra NLSH, đó là tảo. Một số công ty hiện đang trình diễn các công nghệ mới và có những nỗ lực to lớn nhằm dùng chúng để thay thế hàng trăm triệu gallon nhiên liệu hoá thạch vào năm 2010 và trong tương lai sẽ còn nhiều hơn nữa. Các loài tảo bẩm sinh có khả năng sản xuất ra dầu. Chế biến nguyên liệu tảo có thể tạo ra dầu thô, từ đó có thể tinh chế thành xăng, dầu diesel, nhiên liệu động cơ phản lực và hoá chất. Các công ty khởi sự như Solix Biofuels ở Fort Collins và Live Fuels ở Menlo Park đã áp dụng cách tiếp cận này.Còn một cách tiếp cận khác. Những chủng loại tảo nào sản ra nhiều cacbon hydrat và ít dầu, thì đều có thể được chế biến và cho lên men để tạo ra ethanol, dư lượng protein còn lại thì được dùng cho chăn nuôi. Công ty GreenFuel ở Cambridge áp dụng cách tiếp cận này. Tiềm năng về lý thuyết của tảo trong việc sản xuất dầu là rõ ràng. Tảo có thể được nuôi trồng ở những ao hồ tự nhiên, hoặc trong nhà kính. So với đậu nành, lượng dầu thu được trên mỗi hecta nuôi trồng tảo lớn hơn nhiều. Tảo còn có thể làm sạch phế thải nhờ khả năng xử lý nitơ trong nước thải và CO2 từ các nhà máy nhiệt điện. Hơn nữa, tảo còn có thể được nuôi trồng ở các vùng đất ngoại vi, mà các cây trồng bình thường không thể trồng được và có thể sử dụng các nguồn nước mặn. “Tảo có tiềm năng sản xuất ra một lượng dầu rất lớn” - ông Kathe Andrews Cramer, Nhà nghiên cứu hàng đầu về các chương trình NLSH và NLSH tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia ở Albuquerque, nhận định. “Chắc chắn, chúng ta có thể thay thế toàn bộ nhiên liệu diesel bằng dầu tảo và có thể thay thế nhiều hơn thế nữa”. Tất nhiên, trước đây việc sử dụng tảo để nhận được nhiên liệu lỏng đã được nghiên cứu mạnh mẽ, kể cả thông qua một chương trình ở Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL), được thực hiện trong gần một thế kỷ. Vào thời kỳ đó, những kết quả nhận được đã không được khích lệ. Chương trình NREL đã bị ngừng lại vào năm 1996, chủ yếu là do lúc đó giá dầu thô quá rẻ, nên dầu tảo không thể cạnh tranh được. Tuy nhiên, Eric Jarvis, một nhà nghiên cứu tại NREL, cho biết tình hình hiện nay đã chín mùi và các nhà nghiên cứu ở NREL hy vọng sẽ khởi động lại chương trình trên trong vòng 6 tháng-1 năm tới. Những tiến bộ công nghệ sinh học trong thập kỷ qua có thể hỗ trợ cho công việc đó. Các công nghệ hệ gen học và protein học đã tạo thuận lợi hơn nhiều để hiểu được những cơ chế liên quan đến quá trình sản xuất dầu của tảo. Một trong những thách thức đặt ra cho các nhà khoa học là: mặc dù một số chủng loại tảo có khả năng sản xuất ra rất nhiều dầu-đạt tới 60% khối lượng của chúng-nhưng chúng chỉ thực hiện được điều đó khi bị suy dinh dưỡng. Tuy nhiên, khi đó chúng cũng bị mất đi một đặc điểm hấp dẫn khác: khả năng tăng trưởng và sinh sản nhanh chóng. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ hiểu được những cơ cấu chuyển mạch phân tử nào sẽ làm gia tăng sản lượng dầu của tảo, nhờ đó vẫn có thể khiến cho tảo sản ra nhiều dầu, mà không phải lâm vào tình trạng suy dinh dưỡng. Nếu thực hiện được thì sẽ tăng được sản lượng dầu lên nhiều và hạ giá thành của dầu. Khi hiểu biết tốt hơn về sinh học, các nhà nghiên cứu sẽ khắc phục được một vấn đề nữa. Thông thường, cách thức rẻ nhất để nuôi trồng tảo là sử dụng các ao hồ tự nhiên. Nhưng những ao hồ này chứa nhiều thức ăn nên cũng là môi trường hấp dẫn nhiều loài sinh vật khác cạnh tranh với tảo. Công ty LiveFuels hy vọng sẽ tạo ra các hệ sinh thái phù hợp với tảo, nhưng lại bất lợi cho các loài sinh vật khác bằng cách khiến cho tất cả các dưỡng chất được biến thành những dạng dễ hấp thụ đối với tảo-David Kingsbury, Chủ tịch Uỷ ban Cố vấn khoa học của Công ty, cho biết. Khác với LiveFuels, Công ty GreenFuels đang phát triển những lò phản ứng sinh học khép kín. Những thử nghiệm gần đây của những hệ thống sử dụng tảo cho thấy những thiết bị này thu nhận được gần 80% lượng CO2 phát thải từ các nhà máy nhiệt điện vào ban ngày, khi có ánh sáng mặt trời. Sự quan tâm ngày càng tăng trong việc dùng luật để quy định việc phát thải CO2 có thể tạo thuận lợi cho sự phát triển nhiên liệu từ tảo. 3.1.2. Jatropha (cây ngô đồng/cây dầu lai/dầu mè/đậu cọc) Hiện nay, ở một số nơi trên thế giới, Chính phủ và các công ty đang cân nhắc phương án sử dụng jatropha - một loài cây mọc phổ biến ở xứ nóng, để làm một trong những nguồn dầu diesel sinh học hứa hẹn nhất. Loài cây này có thể sống ở những vùng đất hoang, với sản lượng dầu thu hoạch được trên mỗi hecta lớn gấp 4 lần so với đỗ tương và hơn 10 lần so với ngô. Giáo sư Klause Becker ở Đại học Stuttgart đã nhận đơn đặt hàng của Tập đoàn ôtô Daimler Chrysler của Đức nghiên cứu về cây Jatropha. Giáo sư cho biết, cách đây 15 năm, ông là một trong những người đầu tiên ở châu Âu cùng với một hãng tư vấn của Áo đã tiến hành nghiên cứu cây Jatropha ở Nicaragoa. Loài cây này đã có cách đây 70 triệu năm nhưng chẳng được ai quan tâm. Sau khi có dự án của Daimler Chrysler, đã dấy nên cơn sốt Jatropha trên toàn thế giới. Dầu diesel sinh học từ Jatropha đã được sử dụng vào các loại xe thông thường. Dự báo đến năm 2030, xe ôtô trên toàn thế giới từ 500 triệu chiếc hiện nay lên 900 triệu chiếc, trong đó Trung Quốc có tới 190 triệu chiếc. Theo nguồn tin đáng tin cậy thì các nguồn dự trữ dầu mỏ và khí đốt với giá trị tổng cộng từ 15 - 20 tỷ USD chỉ có thể khai thác trong vòng 10 năm nữa, có nghĩa là cây Jatropha sẽ là một cây trồng đầu tiên mà người nông dân làm ra không sợ không có đầu ra. Không những vậy, diesel sinh học từ Jatropha là loại dầu cháy một cách sạch sẽ và sạch hơn bất kỳ một loại chất đốt diesel nào khác. Cây Jatropha trồng được trên đất bị thoái hoá, sau mươi mười lăm năm, có thể tái sử dụng diện tích này để trồng các loại cây khác, vì cây Jatropha chặn đứng được tình trạng rửa trôi. GS. Klause Becker còn cho rằng: "Ai có thể nói lên được những cái xấu, cái bất lợi của cây Jatropha, tôi sẽ xin thưởng tiền cho người đó. Các vị có thể vặn vẹo đủ thứ, lật ngược, lật xuôi, nhưng quả thật các vị không thể bới móc được điều gì xấu liên quan đến loại cây này". Hiệu quả kinh tế của cây Jatropha được đánh giá là khả quan. Về hiệu quả giảm ô nhiễm môi trường, theo Ông Boon thoong Ungtrakul, phụ trách Dự án sản xuất dầu diesel sinh học tại Chiềng Mai, Thái Lan cho biết, nếu sử dụng B100 (100% diesel sinh học), lượng khí thải giảm 50% so với diesel truyền thống, còn B20 (20% diesel sinh học + 80% diesel truyền thống), lượng khí thải giảm 20%. Cây Jatropha trồng được trên mọi loại đất, kể cả vùng sa mạc nóng bỏng ở Ai Cập, Jatropha đều vẫn phát triển tốt. Ở các vùng đất dốc, đất nghèo kiệt, không trồng được các loại cây nông nghiệp khác, cây Jatropha vẫn phát triển tốt. Chu kỳ kinh tế của cây này 30 - 50 năm. Cây Jatropha còn cho sản phẩm phụ là phân hữu cơ, thức ăn chăn nuôi giàu đạm (sau khi khử độc), làm dược liệu, nuôi tằm lá sồi. Các nước nhiệt đới, á nhiệt đới đang phát triển mạnh cây Jatropha. Thái Lan hiện có 1600 ha Jatropha, dự kiến sẽ tăng lên 320 nghìn ha trong vài năm tới. Indonexia đặt mục tiêu đến năm 2010, NLSH đáp ứng 20% nhu cầu năng lượng trong ngành điện và giao thông vận tải. Ở nước này, các loại đất màu mỡ đều dành để trồng cây cọ dầu, còn cây Jatropha sẽ trồng trên các loại đất khô cằn, nhưng mức đầu tư chỉ bằng 10% so với cây cọ dầu. Nhà khoa học Robert Manurung, Giám đốc Trung tâm nghiên cứu công nghệ sinh học thuộc Viện Công nghệ Bandung cho biết, một số công ty nước ngoài đang xúc tiến dự án bao tiêu 1 triệu ha Jatropha với nông dân của 3 tỉnh Papua, Kalimantan và Nusa Tenggara. Mới đây, một công ty Hà Lan đã đặt mua 1 triệu tấn dầu Jatropha nguyên chất. Manurung và nhiều nhà nghiên cứu khác ở Inđônêxia dự báo rằng, Jatropha sẽ sớm soán ngôi cây cọ dầu, trở thành nguồn năng lượng có khả năng thay thế nhiên liệu hoá thạch và dầu cọ, đồng thời có thể giúp nông dân nghèo ở các tỉnh miền Đông Inđônêxia quanh năm khô hạn có cơ hội làm giàu. Theo Uỷ ban quốc gia về Nghiên cứu phát triển NLSH từ cây Jatropha của Indonexia, Chính phủ nước này có kế hoạch dành ít nhất 5 triệu ha đồi trọc lập các đồn điền trồng Jatropha, mía đường và sắn để sản xuất các loại NLSH. Ấn Độ đã xác định Jatropha là cây cho hạt có dầu thích hợp nhất để sản xuất diesel sinh học. Từ năm 2001, nhiều bang ở Ấn Độ đã có chương trình khuyến khích trồng Jatropha trên quy mô lớn ở các vùng đất hoang hoá, được nhà nước hỗ trợ giống và các nguồn vật tư đầu vào nhằm tạo việc làm, xoá đói giảm nghèo, phát triển bền vững xã hội nông thôn Ấn Độ. Cơ quan kế hoạch của Chính phủ Ấn Độ đặt chỉ tiêu trồng 11 triệu ha cây Jatropha vào năm 2012 để có đủ nguyên liệu sản xuất diesel sinh học phối trộn theo tỷ lệ 20%. Trong tương lai Ấn Độ tiếp tục mở rộng trồng Jatropha trên phạm vi cả nước, đưa diện tích trồng trên 33 triệu ha, trong số hơn 133 triệu ha đất đang bị bỏ hoang. Mianma là nước phát triển trồng Jatropha với tốc độ nhanh. Đến 2006, diện tích trồng Jatropha ở Mianma đã đạt 800.000ha. Trung Quốc là nước quan tâm phát triển mạnh Jatropha trong vài năm gần đây, chủ yếu là 7 tỉnh gồm Tứ Xuyên, Quý Châu, Vân Nam, Phúc Kiến, Quảng Tây, Quảng Đông và Đảo Hải Nam, trong đó, ở khu tự trị Quảng Tây đến cuối năm 2007 đã trồng được 15 nghìn ha, dự định đưa lên khoảng 10 vạn ha trong vài năm tới. Các tỉnh khác có điều kiện đã có kế hoạch trồng Jatropha trên quy mô lớn trong mấy năm tới. Theo ước tính của GS. Klause Becker, cho đến nay, cả thế giới đã trồng được khoảng 5 triệu ha Jatropha. Hiện nay, có khoảng 1000 nhóm nghiên cứu về diesel sinh học và Jatropha. Cho đến thời điểm này, Jatropha vẫn là một cây dại, mới được đưa vào đối tượng cây trồng được khoảng trên 15 năm, cũng có thể coi Jatropha là cây nông nghiệp trẻ nhất trong lịch sử trồng cây nông nghiệp của loài người. Dự báo thị trường dầu Jatropha sẽ hình thành ít nhất cũng phải sau vài ba năm nữa. Viện Năng lượng và Tài nguyên (TERI)-một tổ chức nghiên cứu của Ấn Độ, đã mở ra một Dự án kéo dài 10 năm trị giá 9,4 triệu USD để nghiên cứu các vấn đề, từ khâu gieo trồng Jatropha đến khâu có được dầu diesel thương phẩm. Một thách thức đặt ra là trồng loại cây này ở vùng đất cằn cỗi. Ông Alok Adholeya, Giám đốc Trung tâm Công nghệ sinh học và Quản lý Tài nguyên sinh học của TERI và các đồng nghiệp ở TERI đã bỏ ra 5 năm để thử nghiệm các vi sinh vật mycorrhiza-một loài nấm sống cộng sinh có công dụng nâng cao năng lực của nhiều loại thực vật để sống được ở vùng đất cằn. Nhóm của Adholeya đã phát hiện ra rằng loài nấm có công hiệu nhất là loài sống ở các loài cụm đơn (hiện tại ông chưa tiết lộ chính xác đó là loài nấm nào), giúp nâng được 15% sản lượng jatropha. Dự án TERI đang được tiến hành ở Andra Pradesh, một bang miền Nam Ấn Độ, dựa trên sự cộng tác với các tổ chức tài chính địa phương để có được các khoản bảo lãnh tiền vay phục vụ việc mua hạt giống; Dự án cũng cộng tác với các nhà bảo hiểm để bảo hộ cho nông dân trước những tổn thất tiềm năng. Ngoài ra, Dự án cũng mở ra các lớp đào tạo nông dân về kỹ thuật gieo trồng jatropha. Cho đến nay, Dự án đã ký hợp đồng với trên 5.000 nông dân để trồng jatropha trên diện tích 1.000 ha. Chỉ tiêu đề ra là tháng 3/2008 đạt mức 8.000 ha, và Adholeya cho biết thành công mà họ đạt được đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nông dân hơn. TERI dự kiến tới cuối năm 2008 sẽ trang bị toàn bộ các phương tiện sản xuất để chế biến dầu diesel từ jatropha, với chỉ tiêu đề ra là 90 triệu lít mỗi năm. Adholeya cũng đang tìm cách áp dụng phương pháp biến đổi gen để nâng cao sản lượng jatropha. Ông lãnh đạo một nhóm 20 nhà khoa học, gồm các nhà vi sinh vật học, sinh học phân tử và lai tạo giống để tìm các gen trong jatropha có chức năng tạo quả nhằm nâng được tỷ lệ dầu trong hạt. Ông hy vọng trong vòng 18 tháng nữa sẽ tách biệt được các gen này và tìm cách nâng cao chúng. Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ sử dụng kỹ thuật lai tạo giống được hỗ trợ ở cấp phân tử (Molecular-Assisted Breeding), trong đó họ nhận dạng gen đáng quan tâm, lựa chọn các kiểu gen riêng và lai tạo chúng. Adholeya hy vọng tới năm 2012 sẽ có các cây jatropha biến đổi gen để gieo trồng trên diện rộng. Chính phủ Ấn Độ đã cân nhắc việc đưa ra một Sáng kiến quốc gia nhằm phát triển jatropha thành một nguồn nhiên liệu quan trọng. Tới đây, Ấn Độ sẽ trồng 400.000 ha jatropha ở 22 trong số 28 bang. Tuy nhiên, Ấn Độ không phải là quốc gia duy nhất quan tâm đến jatropha. Chính phủ Inđônêxia cũng đang thúc đẩy canh tác loài cây này, cùng với một số nước châu Phi. Cách đây không lâu, chiếc ô-tô đầu tiên ở Inđônêxia vận hành bằng 100% NLSH chế biến từ cây jatropha đã hoàn tất cuộc chạy thử nghiệm 3.200 km ở tỉnh Tây Timor. Thành công của chiếc Mitsubishi Strada được nhiều người kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên sử dụng năng lượng bền vững ở quốc đảo này. Trước tình trạng dầu cọ tăng giá do nhu cầu tăng mạnh, nhiều công ty kinh doanh nhiêu liện sinh học ở châu Âu đang tỏ ra chuộng dầu Jatropha. Nhà khoa học Robert Manurung-Giám đốc Trung tâm nghiên cứu công nghệ sinh học thuộc Viện công nghệ Bandung cho biết, một số công ty nước ngoài đang xúc tiến Dự án bao tiêu 1 triệu hécta cây Jatropha với nông dân 3 tỉnh Papua, Kalimantan và Nusa Tenggara. Mới đây, một công ty Hà Lan đã đặt mua 1 triệu tấn dầu Jatropha nguyên chất. 3.1.3. Cây lúa miến ngọt (Sweet sorghum) Đây là một loại cây có thân giàu chất đường, giống như mía, nó được gọi là “Cây của cuộc sống” vì có nhiều giá trị sử dụng: • Từ thân cây này có thể ép ra nước ép có nhiều đường phù hợp cho việc sản xuất ethanol. Hơn nữa, sinh khối của nó sau khi ép lấy nước cũng rất giàu chất dinh dưỡng vi lượng và khoáng chất có thể dùng thức ăn cho gia súc; • Hạt của nó có thể nghiền thành bột dùng để làm bánh và món ăn nhanh; • Lá cũng có thể dùng làm thức ăn cho loài nhai lại (dê, trâu bò); • Rễ dùng làm chất đốt. Các nhà khoa học cho rằng cây lúa miến có thể được xem là nguồn vật liệu thô để sản xuất ethanol. 3.1.4. Cỏ Switchgrass Là loại cỏ phát triển nhanh quanh năm và thân dai, bộ rễ khoẻ và chiều cao có thể đạt tới 10 feet (1 feet= 0,3048m) và có sức chống chịu thời tiết khắc nghiệt cao. Loại cỏ này tạo ra sản lượng ethanol lớn hơn nhiều so với ngũ cốc. Cho đến nay, các nhà khoa học Mỹ vẫn đang tiếp tục nghiên cứu nhằm làm tăng sức chịu đựng với các điều kiện thời tiết của cỏ switch và cho thấy nhiều hứa hẹn. Cụ thể, nhiều giống cỏ lai tạo đã phát triển tốt trong nhiều dạng khí hậu, đồng thời giảm được lượng nitrogen và phân bón hoá chất. Cỏ switchgrass là loại cỏ cao mọc quanh năm mà nông dân thường sử dụng để bảo vệ đất khỏi bị xói mòn. Loại cỏ này cần ít nước, phân bón hoặc thuốc diệt cỏ nhưng lại tạo ra sản lượng ethanol trên mỗi mẫu cao gấp từ 2-3 lần cây ngũ cốc. Có thể trồng loại cỏ này trên đất khó canh tác, tránh tình trạng chuyển đổi đất trồng màu mỡ hay đất rừng thành đất canh tác cây trồng tạo năng lượng. Cùng với sự ủng hộ tích cực của luật pháp đối với sản xuất NLSH và hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao trong ngành công nghiệp ô-tô, việc nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu về năng lượng của ethanol sẽ đòi hỏi phải tiến hành nghiên cứu và triển khai để cải tiến các công nghệ chuyển đổi sinh khối thành ethanol. Cơ quan Năng lượng quốc gia Mỹ (DOE) tin rằng, NLSH làm từ loại cỏ này trong tương lai không xa sẽ góp phần làm giảm sự phụ thuộc vào các loại nhiên liệu hoá thạch nhập khẩu. Mặt khác, nó cũng là nhân tố tích cực cắt giảm lượng khí thải nhà kính và thúc đẩy nền kinh tế nông nghiệp quốc gia. Đặc biệt, trong các cuộc tranh luận gần đây liên quan đến phát triển ngũ cốc để tạo nguồn nhiên liệu thay thế có nguy cơ đe doạ an ninh lương thực, thì cỏ switch đang là sự lựa chọn số một. Các chuyên gia thuộc Chương trình phát triển nguyên liệu sinh học (BFDP) đã kết hợp với Phòng thí nghiệm Oak Ridge (ORNL) đã nhóm họp nhằm tiến đến tạo một hành lang chung cho nguồn năng lượng thay thế từ cỏ switch. Trong số 19 điểm trồng thí điểm tại miền Đông và miền Trung nước Mỹ, do BFDP tiến hành, đã cho năng suất kỷ lục là gần 40 tấn cỏ khô/ha/năm. Cỏ switch ở dạng khô đưa vào dây chuyền chuyển hoá ethanol đã tạo ra một lượng nhiên liệu tương đương 1.500 gallon/ha. Trước nay, nhiều nông dân Mỹ vẫn trồng cỏ switch dùng làm thức ăn khô cho gia súc hoặc như một dạng màng phủ tự nhiên bảo vệ đất tránh xói mòn. Nhiều vùng còn trồng loại cỏ này dọc theo hai bờ sông để chắn sóng trước khi tìm thấy khả năng tạo ra nguồn ethanol vô tận. Theo giới khoa học, với tốc độ trồng trọt hàng năm như hiện nay, nhiều loại cây trồng đang tàn phá các chất hữu cơ trong đất và giảm độ phì nhiêu của đất. Ngược lại, không những cỏ switch có tác dụng bảo vệ tốt các chất dinh dưỡng mà còn chuyển hoá tốt lượng carbon dioxide từ không khí. Về tiềm năng nhiên liệu, cỏ switch không giống như các loại nhiên liệu hoá thạch khác phải mất quá trình hàng triệu năm, mà chỉ là một quá trình chuyển hoá, tái chế đơn giản. Một lý do mà các chuyên gia của BFDP lạc quan là hàm lượng ethanol từ cỏ switch qua các thí nghiệm cao gấp nhiều lần từ ngô và nhiên liệu này đáp ứng được các tiêu chuẩn của các loại máy móc. 3.2. Áp dụng công nghệ sinh học cây trồng Các nhà nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật gen để tạo ra cây ngô biến đổi gen để khiến chúng sản xuất ra các enzym, nhằm biến đổi lá và thân cây thành đường nhờ phân giải cellulose. Những cây này có thể giúp hạ giá thành sản xuất ethanol từ những nguồn này, giúp cho nó có sức cạnh tranh cao hơn so với nhiên liệu được sản xuất từ hạt ngô- nguồn nguyên liệu chính yếu để sản xuất ethanol ở Mỹ hiện nay. Những nguyên liệu cellulose để sản xuất ethanol, chẳng hạn như sinh khối phế thải và cỏ, là có sức hấp dẫn vì chúng rất rẻ và sẵn. Nhưng để chuyển hoá cellulose-một phức chất carbohydrate-thành đường thì đắt hơn so với việc chuyển hoá tinh bột của hạt ngô thành đường do quá trình phân giải cellulose thường đòi hỏi những enzym đắt tiền được tách ra từ các vi khuẩn biến đổi gen. Nay Mariam Sticklen, Giáo sư về Khoa học đất và cây trồng ở trường Đại học Michigan và các cộng sự đã áp dụng kỹ thuật gen cho ngô khiến cho nó sản xuất ra những enzym cùng loại mà những vi khuẩn biến gen tạo ra. Những enzym do cây trồng tạo ra này tiết kiệm được 30-50 cent cho mỗi gallon ethanol sản xuất ra, Sticklen cho biết. Khâu then chốt trong thành tựu của Sticklen là tạo ra cây ngô mà enzym của nó khó phân giải cellulose khi cây vẫn đang sống. Một phần của giải pháp họ đề ra là sử dụng enzym tìm thấy ở vi khuẩn sống ở những suối nóng. Những enzym này chỉ hoạt động khi nhiệt độ cao-cao hơn so với nhiệt độ mà các tế bào của cây có thể đạt tới khi cây đang sống. Do vậy, các enzym này ở trạng thái ngủ cho đến khi nó được gia nhiệt lên gần 50độC . Loài ngô biến đổi gen của Sticklen là một trong những cách tiếp cận đầy hứa hẹn để khắc phục một trở ngại chủ yếu cho việc thiết lập ngành sản xuất nhiên liệu từ cellulose: thiếu công nghệ giá rẻ để khắc phục hiện tượng tái canxit hoá các sinh khối cellulose, Lee Lynd, Giáo sư sinh học ở trường Đại học Dartmouth, Hanover, nói. Tuy nhiên, ông cho biết việc tạo ra cây trồng tự sản xuất enzym cũng gây ra những thách thức. Một trong những thách thức này là làm sao để những cây ngô biến đổi gen này không gây hiệu quả tiêu cực tới môi trường. Ví dụ, nếu như những thân lá ngô có chứa enzym này còn sót lại trên đồng sau thu hoạch thì chúng có thể làm biến đổi các hệ sinh thái vì tạo ra đường cho các vi sinh vật. Mỹ vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gen đã thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một mẫu có thể sản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học. Trường Đại học Hải dương Thanh Đảo – Trung Quốc cũng đã nhận trách nhiệm nghiên cứu công nghệ nhân giống và trồng tảo biển; họ cũng đã có kinh nghiệm phát triển nguồn nguyên liệu tảo nước ngọt và tảo nước mặn. Nếu có thể kết hợp công nghệ sinh học hiện đại và kỹ thuật nuôi trồng truyền thống thì sẽ có thể nuôi trồng giống tảo lấy dầu sản lượng cao trên quy mô lớn. 3.3. Tạo ra các “Nhà máy” vi khuẩn 3.3.1. Tạo ra vi khuẩn để sản xuất hydrrocarbon Mặc dù phần lớn các họat động nghiên cứu về NLSH đều tập trung vào ethanol, nhưng LS9, một công ty mới khởi sự ở San Carlos, CA, đang sử dụng một lĩnh vực tương đối non trẻ, đó là sinh học tổng hợp để tạo ra các vi khuẩn có khả năng sản xuất hydrocarbon dùng cho xăng, dầu diesel và nhiên liệu động cơ phản lực. Các nhiên liệu hydrocarbon thích hợp hơn so với ethanol để dùng cho kết cấu hạ tầng cung ứng nhiên liệu và các động cơ hiện nay, đồng thời việc sản xuất chúng cũng đòi hỏi ít năng lượng hơn. Để giúp cho việc sản xuất sinh học đối với các hydrocarbons trở thành thực tiễn, Công ty đang huy động các nhà lãnh đạo từ các lĩnh vực sinh học tổng hợp và công nghệ sinh học công nghiệp. LS9 đang mới chỉ được thành lập vào năm 2005. Công ty dự định tạo ra những vi khuẩn để kết hợp những đường gen mà những vi khuẩn, các thực vật và thậm chí cả các động vật khác sử dụng để tích trữ năng lượng. Các công ty khác, chẳng hạn như Amyris ở Emeryville, CA, và SunEthanol, ở Amherst, MA, cũng đang cố gắng sử dụng sinh học tổng hợp để phát triển những vi sinh vật sản ra NLSH. Stephen del Cardayre, Nhà hóa sinh và là Phó Chủ tịch Công ty LS9, phụ trách về công tác nghiên cứu và phát triển, cho biết các vi khuẩn do LS9 tạo ra đã sản xuất và tiết ra những lọai hydrocarbons cũng hữu ích như các nhiên liệu. Hiện nay, Công ty đang nghiên cứu để làm thích hợp tốc độ sản xuất và bản thân các sản phẩm. Công ty đang tìm những lĩnh vực, tại đó tiềm năng của sinh học tổng hợp trong việc sản xuất những lọai phân tử đặc thù sẽ đem lại lợi nhuận. Họ quyết định nhằm vào nhiên liệu động cơ phản lực cao cấp, hoặc lọai xăng không gây ô nhiễm bởi khí SOx. Ngòai việc cố gắng phát triển các hydrocarbon phù hợp với nhu cầu khách hàng, LS9 cũng đang nhằm vào việc bán quyền sử dụng công nghệ. Đặc biệt, một ngày nào đó, Công ty cũng có thể ký hợp đồng với những nhà sản xuất ethanol mà các nhà máy của họ có thể được sử dụng hiệu quả hơn và sinh lợi nhiều hơn khi sản xuất các nhiên liệu hydrocarbon. LS9 đang hy vọng một điều rằng ethanol thực ra không phải là loại NLSH tốt nhất. Del Cardayre lưu ý rằng ethanol không thể được cung ứng bằng hệ thống đường ống hiện có. So với xăng, nó cũng có hàm lượng năng lượng thấp hơn 30%. Và nó cần trộn thêm xăng thì mới có thể dùng cho các động cơ thông thường. Các nhiên liệu của LS9 không hề có những nhược điểm này. Hơn nữa, chúng có thể được sản xuất với hiệu quả cao hơn so với ethanol. Ví dụ, trong sản xuất ethanol, ở cuối công đoạn lên men, hỗn hợp cần phải được chưng cất để tách ethanol ra khỏi nước. Trong khi đó, các sản phẩm của LS9 đơn giản là nổi lên trên bể lên men và có thể dẫn chúng ra ngòai. Nhìn chung, quy trình sản xuất của LS9 tiêu thụ ít hơn 65% năng lượng so với quy trình sản xuất ethanol. LS9 hiện nay cần chứng minh công nghệ của mình đạt hiệu quả kinh tế và có thể sản xuất nhiên liệu ở quy mô lớn. LS9 cho biết họ hy vọng sẽ đưa các sản phẩm ra thị trường trong vòng 4-5 năm tới. 3.3.2. Dùng vi khuẩn để sản xuất loại NLSH có phẩm chất tốt hơn Các nhà khoa học cũng như các nhà đầu tư đang được thu hút tới những công ty mới khởi sự có được phương pháp tốt hơn để chế tạo ethanol hoặc NLSH. Amyris là một trong số những công ty này. Nhờ có được những vi khuẩn họ đã tạo ra trước đây để sản xuất thuốc chống sốt rét, công ty này hiện đang vận dụng những kiến thức đã tích lũy được để tạo ra những vi khuẩn đạt hiệu quả cao trong việc sản xuất những loại NLSH mới với giá thành rẻ. Cũng như LS9, Amyris là một trong những công ty đầu tiên tìm cách vận dụng sinh học tổng hợp. Khác với kỹ thuật gen thông thường mà hiện đang được ứng dụng để chế tạo các kháng sinh và dược phẩm protein, chẳng hạn như insulin, sinh học tổng hợp nhằm mục đích công phá vào toàn bộ hệ thống trao đổi chất, nghĩa là thay đổi cấu trúc của một số protein, làm thay đổi sự biểu hiện của một số khác và đưa thêm vào trong những gen lấy từ các sinh vật khác, để tạo ra những “nhà máy” vi khuẩn cho năng suất cao. Các thực vật và vi khuẩn bẩm sinh có khả năng sản xuất ra một lượng nhỏ hoá chất có tên là terpernoid là tiền tố của rất nhiều sản phẩm, bao gồm một số dược phẩm và nhiên liệu. Vài năm trước, Keasling, một kỹ sư sinh học ở trường Đại học California, sau khi thành công trong việc nâng cao sản lượng sản xuất terpenoid ở vi khuẩn, đã cùng các cộng sự thành lập Công ty Amyris để thương mại hoá sản phẩm của họ. Việc sản xuất nhiên liệu không như việc sản xuất dược phẩm. Các loại nhiên liệu mới cần phải có giá thành cạnh tranh được với dầu mỏ. Bởi vậy, không cố gắng tìm ra những phương pháp tốt hơn để sản xuất ethanol-mục tiêu của phần lớn các nỗ lực hiện nay của các hãng công nghệ sinh học-các nhà nghiên cứu ở Amyris đã lựa chọn việc tạo ra những NLSH hoàn toàn mới. Họ đã lựa chọn một số hợp chất ứng viên có thể sản xuất ra được ở phòng thí nghiệm, vừa được sử dụng ở các loại động cơ hiện nay, họ nhận được các hợp chất, bao gồm các nhiên liệu thay thế cho cả nhiên liệu diesel lẫn nhiên liệu động cơ phản lực. Các nhà khoa học ở Amyris hiện đang thiết kế các vi khuẩn để chúng sản xuất ra các hợp chất này và tìm cách để có hiệu quả cao nhất. 3.4. Phát triển các quy trình mới Một trong những quy trình mới đầy triển vọng, đó là biến sinh khối thành dầu diesel, đã được phát triển bởi các nhà khoa học ở trường Đại học Wisconsin và được mô tả trong bài đăng trên Tạp chí Science số tháng 6/ 2006. Các phương pháp trước đây chỉ có tác dụng biến lượng axit béo có trong thực vật, mà thường chỉ chiếm dưới 10% khối lượng của thực vật đã sấy khô, bao gồm rễ, thân, lá và quả, để nhận được dầu diesel hoặc nhiệt. Ethanol từ lâu đã được tinh chế từ thực vật, nhưng đòi hỏi phải thực hiện một khâu rất tốn kém và tiêu tốn nhiều năng lượng, đó là chưng cất toàn bộ các phân tử nước ra khỏi dung dịch. Trái lại, quy trình mới này dựa trên cơ sở các phản ứng diễn ra ở pha nước (Aqueous Phase), mà không cần phải thông qua pha chưng cất đắt tiền. “Tiến bộ lớn nhất của quy trình này là không cần phải chưng cất”-George Huber, một trong các tác giả của bài viết và là nghiên cứu sinh của trường Đại học Wisconsin, nói: “Đây là một quá trình toả nhiệt. Nó không cần nhiều lượng nhiệt bổ sung vào. Và đây là một điều rất quan trọng, vì chi phí lớn nhất của quy trình tinh chế diesel sinh học hiện nay là chi phí năng lượng”. Quy trình mới này được chia làm 4 công đoạn: 1) Sinh khối đã xử lý, bao gồm nước và đường được nạp vào chất xúc tác là kền-thiếc để giải phóng ra một số nguyên tử hydro; 2) Vật liệu này được xử lý bằng các axit để tách phần lớn hàm lượng nước; 3) Vật liệu được chuyển qua một chất rắn xúc tác để tạo thành các chuỗi cacbon dài, được gọi là alkan; 4) Các alkan được chuyển qua chất xúc tác platin- oxyt silic- oxyt nhôm ở nhiệt độ cao, còn hydro nhận được từ công đoạn 1 cũng được nạp vào lò phản ứng. Chất lỏng tạo thành có cấu trúc hoá học gần giống với dầu diesel thu được bằng phương pháp truyền thống và cũng được đốt theo phương pháp tương tự ở các động cơ diesel. Và phụ phẩm duy nhất của quá trình đốt là nước và nhiệt. Nếu quy trình này có thể nâng lên quy mô công nghiệp, thì nó sẽ là một bước tiến lớn để tạo ra loại nhiên liệu vận tải tương đối sạch, không gây ảnh hưởng tới môi trường, đồng thời tạo ra một nguồn thu nhập mới cho nông dân. Theo Bill Jones, Chủ tịch Pacific Ethanol, một công ty dầu sinh học hàng đầu, thì ngành dầu khí hiện vẫn coi ngành dầu sinh học đang nổi lên là một nguy cơ cho họ. “Nhưng kết cục, họ sẽ phải thay đổi suy nghĩ của mình. Họ sẽ hiểu ra rằng đó không chỉ là sự cạnh tranh đơn thuần, mà nó sẽ mở ra cả một thị trường mới để họ thâm nhập vào”, ông nói. Chẳng hạn như ngành dầu khí Braxin. Lúc đầu ngành này cũng chống đối lại những cố gắng của Chính phủ trong việc thuc đẩy phát triển dầu diesel sinh học, nhưng bây giờ lại là ngành hỗ trợ lớn cho sự nghiệp này: trên một nửa lượng dầu nhập khẩu của Braxin đã được thay thế bằng dầu diesel sinh học. Tuy nhiên, những ngành khác thì không cần phải thuyết phục họ. Charles Wyman, một Giáo sư nổi tiếng ở trường Đại học Dartmouth, nhận định rằng phương pháp mới có thể tạo cho dầu diesel sinh học cơ hội thành công trên thị trường thương mại nhờ cho phép nhà sản xuất tạo ra hoặc ethanol, hoặc nhiên liệu diesel sinh học. Ông cho biết trước đây sau khi phân huỷ đường trong thực vật thì phương án duy nhất là tạo ra ethanol. Nay phương pháp mới đem lại nhiều phương án hơn. Trong tương lai, một cơ sở sản xuất sau khi chế biến thực vật thành đường thì có thể tinh chế tiếp hoặc thành ethanol, hoặc thành dầu diesel, tùy theo nhu cầu thị trường. Tuy nhiên, Wyman cũng nêu rằng kết cục giá cả sẽ là yếu tố quyết định. Một số người tin rằng khâu đột phá đó đã xuất hiện. Những bước tiến trong 2 năm qua về công nghệ enzym ở Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia và các hãng tư nhân khác như Iogen và Novozymes đã giúp làm giảm rất nhiều chi phí của quá trình chuyển hoá xenlulo, có triển vọng khiến cho toàn bộ hệ thống có thể đủ sức cạnh tranh với xăng dầu. Quy trình mới này được phát triển bởi James Dumesic, Giáo sư hoá chất và sinh học ở trường Đại học Wisconsin, và Huber sẽ giúp giảm được chi phí, do hạn chế được lượng phế thải, vì mọi loại thực vật đều có thể làm nguyên liệu đầu vào cho hệ thống. Khác với các quá trình hiện nay, chỉ có thể vận hành được với những loại thực vật có hàm lượng gluco cao, quy trình mới này sử dụng tất cả xenlulo, rễ và thân cây. Điều đó có nghĩa là mọi sinh khối phế thải của ngành nông nghiệp, bao gồm rơm rạ, thân lá ngổ, vỏ lạc, lá rụng đều được tận dụng. Theo một công trình nghiên cứu gần đây của Bộ Nông nghiệp Mỹ, hàng năm ở Mỹ có tới 1,3 tỷ tấn phế thải như vậy. Nếu toàn bộ khối lượng ấy đều được biến thành dầu diesel sinh học, thì sẽ đủ để thay thế 1/3 lượng xăng dầu tiêu dùng hiện nay ở Mỹ. Ngoài ra, nếu biến toàn bộ diện tích đất đai chưa canh tác để thành cánh đồng cỏ phục vụ cho nguồn nguyên liệu sản xuất dầu diesel, thì sẽ dễ dàng đáp ứng 2/3 nhu cầu xăng dầu còn lại. Theo Bill Jones ở Pacific Ethanol, còn một lợi ích nữa của nền sản xuất dầu diesel sinh học, đó là tạo thu nhập cho các hộ nông dân. Tuy nhiên, quy trình mới này mới chỉ là bước đầu tiên trên con đường rất dài để đưa đất nước chuyển sang sử dụng dầu diesel sinh học. Để thực hiện công cuộc chuyển đổi này, toàn bộ số lượng xe ôtô trên thị trường sẽ phải chuyển từ việc sử dụng động cơ đốt trong sang động cơ diesel, nhưng việc này sẽ đem lại lợi ích là những động cơ mới có phát thải ít hơn (lượng SO2 và NO của ôtô dùng dầu diesel sinh học thấp hơn nhiều). Tất nhiên, công cuộc chuyển đổi kết cấu hạ tầng giao thông vận tải rộng khắp như vậy sẽ không thể diễn ra nhanh chóng. Có lẽ, nền sản xuất dầu diesel sinh học thoạt đầu sẽ diễn ra chậm chạp, nhưng sau đó sẽ nhảy vọt lên quy mô công nghiệp, nếu nó cạnh tranh được với dầu diesel và xăng. Dẫu sao, Nhóm nghiên cứu của Huber đã thực hiện được một bước tiến lớn để vươn tới tận dụng được một trong những nguồn năng lượng phổ biến nhất thế giới, nhưng vẫn còn được sử dụng ít nhất, đó là sinh khối. IV. KẾT LUẬN CHUNG Vượt lên trên hết, rõ ràng NLSH vẫn mang những lợi ích khổng lồ, không thể tranh cãi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng của mỗi quốc gia, xoá đói, giảm nghèo cho người dân và góp phần vào công cuộc giữ gìn, bảo vệ môi trường chung trên thế giới. Vì vậy mặc dù vẫn còn nhiều tranh cãi về NLSH giữa các nhà kinh tế, hoạch định chính sách, khoa học, bảo vệ môi trường xung quanh vấn đề giải pháp phòng ngừa, hạn chế, khắc phục nguy cơ, nhưng tất cả đều đồng ý kết luận: phát triển NLSH là tất yếu, nhưng cần nhận thức rõ được cả 2 mặt của quá trình này và tiến hành hết sức cẩn trọng, nếu không những lợi ích hứa hẹn gặt hái từ NLSH sẽ không còn. Ở Việt Nam, tháng 11/2007 vừa qua, Chính phủ đã phê duyệt Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn 2020 - mở ra một hướng đầu tư mới hứa hẹn nhiều lợi ích cho các doanh nghiệp Việt Nam. Tuy nhiên, không thể phát triển ồ ạt NLSH mà không tính đến an ninh lương thực. Ngay từ những năm đầu của thế kỷ này, một số nhà khoa học Việt Nam đã để tâm nghiên cứu về NLSH và đã tiến hành nhiều nghiên cứu thử nghiệm có giá trị thực tiễn, trên cơ sở đó đã có nhiều đề xuất thiết thực, kể cả các Đề án nghiêm túc trình Chính phủ và các bộ liên quan về phát triển và sử dụng NLSH ở Việt Nam. Cũng đã có không ít công ty và hợp tác xã Việt Nam mạnh dạn đầu tư để triển khai các thử nghiệm trồng cây năng lượng và chế biến NLSH theo cả 3 hướng đã nói ở trên... Đặc biệt, đã có vài công ty nước ngoài (Đức, Israel, Hàn Quốc...) đến Việt Nam để nghiên cứu hợp tác hoặc liên doanh phát triển NLSH, nhưng mới ở giai đoạn thăm dò. Tuy vậy, chưa có công ty nước ngoài nào lớn như những công ty đã đầu tư vào Philipin và Inđônêxia trong lĩnh vực NLSH. Ở nước ta, an ninh lương thực là ưu tiên số 1 trong chính sách sử dụng đất, nên cần sáng suốt chọn lọc hướng phát triển NLSH. Nên chăng khuyến khích sản xuất NLSH loại thứ hai và thứ ba nói trên, chỉ sản xuất NLSH loại thứ nhất với chừng mực hợp lý. Hơn nữa, nên hạn chế dùng đất nông nghiệp để trồng nguyên liệu cho NLSH (trong 20 năm qua đã có 3% đất nông nghiệp bị lấy để phát triển công nghiệp, dự báo đến 2020 con số này là 10%). Để trồng cây cho NLSH, cần tận dụng đất hoang hoá (khoảng 9,3 triệu hecta), đất đồi núi chưa sử dụng (có khoảng 4,3 triệu hecta) và rà soát lại 3 loại rừng để dành thêm đất cho rừng sản xuất. Ngoài ra hiện nay có 8,1 triệu hecta đất lâm nghiệp đã được giao phân tán, do đó cần có chính sách và phương thức thích hợp tích tụ đất lâm nghiệp để trồng cây năng lượng. Xử lý: Trần Thanh Phƣơng và Kiều Gia Nhƣ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. www.sciencedaily.com/releases/2008/01/080103144404.htm 2. www.biofuelsconferences.com/ 3. www.biotechnologyforbiofuels.com/ 4. www.biofuelwatch.org.uk/ 5. www.biofuelssolutions.co.uk/ 6. www.bioenergy.ornl.gov/papers/misc/switgrs.html 7. www.wri.org/project/biofuels 8. www.biofuelsjournal.com/ 9. www.vnexpress.net/Vietnam/Khoa-hoc/2007/10/3B9FBC5F/ - 27k 10. www.tuoitre.com.vn/tianyon/Index.aspx?ArticleID=240928&ChannelID=17 11. www.tienphongonline.com.vn/Tianyon/Index.aspx?ArticleID=111750&ChannelI D=46 12. www.sggp.org.vn/trithuccongnghe/2008/2/143497/ 13. www.agbiotech.vn/vn/?mnu=category&cate=9&rs=1 14. www.tinmoi.vn/index.php/khoahoc/nhien-lieu-sinh-hoc-can-co-cach-nhin-toan- dien/23677.sn