Nhiên liệu sinh học từ tảo biển: Nguồn năng lượng của tương lai xanh

• Pin nhiên liệu sinh học: Năng lượng điện từ cơ thể
• Sản xuất nhiên liệu sinh học từ dưa hấu
• Chất đốt sinh học làm từ tảo biển

Các nghiên cứu chỉ ra được tiềm năng vô hạn của loại thực vật này, với khả năng thay thế điện hạt nhân hay giúp phát triển những chuyến bay “xanh”. Tăng trưởng nhanh là ưu điểm nổi trội giúp tảo trở thành nguyên liệu đầy tiềm năng cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất tái tạo. 

Hiện nay, đã có những nhà máy năng lượng sinh học từ tảo hoạt động rải rác khắp thế giới, nhưng đó vẫn chỉ là bước khởi đầu của một ngành công nghiệp đầy triển vọng. Đầu tư vào ngành công nghiệp còn khá mới mẻ này có thể rất mạo hiểm, nhưng những lợi ích mà nó đem lại trong tương lai được dự báo là vô cùng to lớn.

Sự thay thế tiềm năng

Từng có nhiều nghiên cứu chỉ rõ việc sử dụng năng lượng từ tảo sẽ giúp cắt giảm 50-70% lượng khí thải CO2. Tảo có mặt trên khắp các đại dương trên Trái Đất, sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp và tạo ra năng lượng. Một số loại tảo sản xuất ra dầu để tích trữ năng lượng. Điều này có nghĩa con người có thể trồng, thu hoạch tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học. Chắc chắn loài thực vật này thân thiện hơn so với dầu và các năng lượng hóa thạch khác. Nó cũng hiệu quả hơn nhiều loại năng lượng sinh học, như năng lượng từ ngô và chế phẩm sinh học. 

Bộ Năng lượng Mỹ cho biết, tảo có thể mang lại hiệu quả năng lượng gấp 60 lần so với các loại cây trồng trên đất liền. Hơn nữa, tảo có thể sinh trưởng ở những vùng nông thôn nước lợ hoặc cằn cỗi. Điều này có nghĩa là hoàn toàn có thể đẩy mạnh sản xuất mà không cạnh tranh với các giống cây trồng lương thực và các tài nguyên khác.

Yêu cầu hiện nay là phải tìm ra phương pháp giá rẻ nuôi cấy tảo trong phòng thí nghiệm, trước khi đưa vào dây chuyền sản xuất hàng loạt.

Theo tính toán của các nhà khoa học, chỉ cần khai thác tảo biển trên 3% chiều dài đường bờ biển Trái Đất là có thể dễ dàng thu được gần 200 tỷ lít nhiên liệu sinh học thay thế. Từ đây, hoạt động trồng tảo biển nhằm mục đích thương mại ngày càng được nhân rộng tại nhiều quốc gia trên thế giới.

Bộ Năng lượng Mỹ đã tài trợ 18 triệu USD vào nỗ lực thúc đẩy khả năng sử dụng tảo làm nhiên liệu, đồng thời kêu gọi tài trợ từ nhiều cấp ngành liên bang trên toàn quốc nhằm phục vụ nghiên cứu phương pháp trồng, sản xuất và chiết xuất dầu hiệu quả hơn từ tảo. 

Trong khi đó, các nhà nghiên cứu Hà Lan đang thử nghiệm trồng nhiều loại tảo cùng nhau nhằm tương trợ lẫn nhau, điều mà không thể thực hiện với mô hình độc canh. Tại Canada, nhiều công ty đang nỗ lực thử nhiều điều kiện nuôi trồng các giống tảo khác nhau, trong đó có một loại tảo đặc biệt phục vụ mục đích tẩy sạch cát dầu.

Nhiều tập đoàn lớn cũng bắt đầu quan tâm tới sự xuất hiện của loại năng lượng sinh học mới, thậm chí còn bắt đầu nghĩ tới viễn cảnh nhiên liệu từ tảo thay cho năng lượng hạt nhân. Sự thiếu an toàn của các lò phản ứng hạt nhân sản xuất điện đang nhận được nhiều cảnh báo sau khi liên tiếp các vụ việc liên quan tới rò rỉ chất thải xảy ra. 

Sau vụ Fukushima, các nhà khoa học Nhật Bản đã ngay lập tức lên kế hoạch nghiên cứu kỹ lưỡng về năng lượng tảo, coi đây là một loại nhiên liệu chính trong tương lai, đặc biệt phục vụ cho các phương tiện giao thông để giảm khí thải ra môi trường. Euglena, công ty năng lượng sinh học nghiên cứu về tảo, mới đây cho biết họ đang làm việc với hãng hàng không All Nippon Airways để thử nghiệm dùng năng lượng tảo cho các chuyến bay. Euglena đã chi ra khoảng 25 triệu USD để xây dựng nhà máy, trong đó có thể sản xuất gần 125,000 lít nhiên liệu từ tảo mỗi năm.

Trên thực tế, tảo đã được thử nghiệm thành công ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Tại Đức, xuất hiện một khu dân cư thử nghiệm những thiết bị sinh học sử dụng tảo để phát nhiệt và sinh khối mà không cần bổ sung thêm bất kỳ nguồn điện nào từ bên ngoài. 

Mới đây, các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (thuộc Bộ Năng lượng Mỹ) đã tìm ra một cách mới biến tảo biển thành dầu thô, từ đó có thể được xử lý để tạo thành xăng làm nhiên liệu cho động cơ. Cách “luyện” dầu từ tảo biển mới khá đơn giản, giống như nguyên lý hoạt động của một chiếc nồi áp suất nấu thực phẩm, với nhiệt độ và áp suất vô cùng lớn trong các thí nghiệm. Loại xăng này sẽ sớm đến với thị trường khi Bộ Năng lượng Mỹ đã hợp tác với công ty Genifuel để thương mại hóa chu trình chuyển đổi tảo biển thành dầu thô, nhằm tạo ra sản phẩm đủ cạnh tranh với các loại dầu có sẵn trên thị trường.

Không hề dễ khai thác

Hiện nay, ý tưởng biến tảo biển thành nguồn năng lượng thay thế vẫn đang trong giai đoạn tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm chuyên sâu. Một khi hoàn thiện và đưa vào ứng dụng thực tế, loại hình công nghệ này hứa hẹn sẽ tạo ra ngày càng nhiều nhiên liệu và hóa chất tái tạo mà không cần sử dụng đất đai hay nước ngọt như các loại cây trồng truyền thống. Tuy nhiên, tảo là sinh vật phức tạp, có khả năng khai thác nhưng lại khó khai thác hiệu quả. Tảo là một khái niệm khá rộng, tập hợp của rất nhiều sinh vật khác nhau về đặc điểm và thành phần, có thể rất độc hại. 

Một nhà máy năng lượng sinh học tảo biển ở San Diego (bang California).

Các nghiên cứu cho thấy, những loài tảo nở hoa (khi số lượng tảo tăng đột biến về số lượng) trong thời kỳ sinh trưởng lại có hại, không thể sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học. Nhiều ý kiến nhận định lượng tảo trong tự nhiên gần như vô giá trị, trong khi không thể đầu tư vào việc thu hoạch tảo nở hoa trong tự nhiên, vì khó khăn trong dự đoán về sinh khối, thành phần và độc tính của chúng.

Có vẻ chặng đường biến tảo thành nguồn năng lượng thay thế hoàn toàn cho các loại nhiên liệu hóa thạch sẽ còn rất dài. Không giống như dầu mỏ có thể khai thác từ dưới lòng đất, năng lượng kiểu mới cần được nuôi dưỡng và sản xuất trong điều kiện cực kỳ chặt chẽ. Các chính phủ và công ty năng lượng đang cố hết sức để tìm ra cách tạo được nhiều loại tảo có ích hơn, đồng thời giảm giá thành sản xuất. 

Vấn đề khiến tảo chưa được chấp nhận trên diện rộng là giá cả khi giá nhiên liệu sinh học từ tảo vào khoảng 2USD/lít. Mặc dù giá xăng dầu và các nhiên liệu khác thay đổi khá thường xuyên, nhưng xu hướng vẫn thấp hơn con số này. Thật khó để suy đoán liệu tảo hay bất kỳ loại nhiên liệu sinh học nào có thể thay thế hoàn toàn dầu mỏ. Giới khoa học đang đứng giữa hai lựa chọn, một bên là vì tương lai loài người, còn bên kia là lợi ích kinh tế.

Dù đã chứng tỏ được sức mạnh lợi ích môi trường nhưng ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo lại khó thu hút được vốn đầu tư mạnh từ các tổ chức nhà nước hoặc doanh nghiệp tư nhân. Để có thể thực hiện việc đầu tư thì hiệu quả kinh tế phải được đặt lên hàng đầu. Yêu cầu hiện nay là phải tìm ra phương pháp giá rẻ trong phòng thí nghiệm, trước khi đưa vào dây chuyền sản xuất hàng loạt. Thế nhưng, bỏ qua yếu tố bất lợi này, nhiều công ty mới nổi vẫn ưu tiên nghiên cứu nghiêm túc về tảo. 

Công ty Algenol tại Florida (Mỹ) đặt một tham vọng lớn vào việc sản xuất một vài loại nhiên liệu sử dụng tảo với mức giá 0,3USD/lít. Trong khi đó, công ty Synthetic Genomics đang nỗ lực nghiên cứu gen tảo để gia tăng sản xuất nhiên liệu, giảm khí CO2 trong khí quyển và phát triển thực phẩm cho con người. Điểm chung của tất cả các đơn vị này là tạo ra các sản phẩm có thể sử dụng mới, trong khi đồng thời sản xuất được nhiên liệu.

Giá dầu trên toàn thế giới phải chịu khá nhiều biến động, thường bị ảnh hưởng bởi tranh chấp và bất đồng chính trị. Cùng với lượng ô nhiễm tạo ra khi sản xuất nhiên liệu bằng phương pháp đốt các sản phẩm xăng dầu, không có gì đáng ngạc nhiên khi các nhà khoa học và chính phủ đang cố gắng để khám phá những lợi ích mà tảo đem lại. May mắn thay, tảo là một loài thực vật sinh sôi nhanh, và không mất hàng trăm triệu năm để hình thành như dầu mỏ hay than đá. 

Ngoài ra, những công nghệ tiên tiến trong tương lai sẽ giúp giảm giá thành tới mức hợp lý, để ngành công nghiệp nhiên liệu sinh học từ tảo phát triển và thành công. Vẫn còn nhiều thách thức được đặt ra phía trước, nhưng việc nói tảo là nguồn năng lượng của tương lai không hề sai. Nếu thành hiện thực, tảo sẽ trở thành nhân tố quan trọng đóng góp cho quá trình phát triển bền vững, cũng như tạo ra năng lượng sạch và an toàn hơn so với các nguồn năng lượng hiện nay cho loài người…