Năng Lượng Từ Rượu

Từ hơn một năm qua, giá xăng dầu tiếp tục tăng dần trên thế giới và hiện tại vẫn chưa có chỉ dấu nào cho thấy sự sụt giảm trong tương lai gần đây. Có những nguyên do chính để giải thích hiện tượng nầy. Đó là tình hình chính trị chung trên thế giới đang bất ổn với cuộc chiến tranh Iraq, và cuộc chiến chống khủng bố. Nhưng nếu nhìn xa hơn nữa, thế giới đang lo ngại trữ lượng toàn cầu đang có nguy cơ bị cạn kiệt.

Trữ lượng dầu hỏa trên thế giới, qua nhiều thăm dò và nghiên cứu của những cơ quan khác nhau như: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (1997), Báo Washington Post (1996), Kỷ yếu Năng lượng quốc tế 1998 (International Energy Annual), Phòng Thống kê LHQ (1994). Hầu hết đều kết luận là trữ lượng dầu thô hiện chiếm vào khoảng 1.000 tỷ thùng (barrel) hay 1,5 1011 m3. Cũng cần biết: 1 barrel = 42 Gallon = 159 lít = 0,16 m3.

Cũng theo ước tính của Cơ quan Địa chất HK (US GS) thì với trữ lượng nầy, nhân loại chỉ có triển vọng xử dụng trong vòng 50 năm tới mà thôi.

Nếu căn cứ theo mức sản xuất của OPEC và các quốc gia sản xuất dầu độc lập thì đúng như vậy. Nhưng trên thế giới hiện tại, còn có nhiều quốc gia đang tiếp tục truy tìm và khai thác những khu vực có triển vọng có mõ dầu ở trong đất liền cũng như ở trong trầm tích của thềm lục địa như ở Việt Nam, Alaska (Hoa Kỳ), Nam Dương, Venezuela, Liên bang Nga v.v... Do đó trên thực tế, có thể cho phép chúng ta ước tính một cách lạc quan hơn con số 50 năm. Đó là chưa kể đến những phương pháp và nguyên liệu khác đang được nghiên cứu để thay thế xăng dầu.

OPEC là chữ viết tắt của The Organization of Petroleum Exporting Countries” hay Tổ chức các Quốc gia Sản xuất Dầu”. Có tất cả 9 quốc gia trong tổ chức nầy, đó là: Algeria, Nigeria, Indonesia, Iran, Iraq, Kuwait, Qatar, Saudi Arabia, và Venezuela. Tổ chức nầy định mức sản xuất dầu hàng năm cho các thành viên, từ đó gián tiếp quy định giá dầu cho các quốc gia khác trên thế giới.

Do đó, tùy theo tình hình biến động mà giá dầu có thể tăng bất ngờ do tình trạng “tạm ngưng” sản xuất của OPEC làm cho khủng hoảng năng lượng trên thế giới vào năm 1973. Hiện nay, chúng ta đang sống trong giai đoạn của một hình thức khủng hoảng vì giá dầu đã tăng gần gấp đôi so với năm ngoái. Tuy nhiên cuộc khủng hoảng thực sự chưa xảy ra vì giá dầu hiện tại vẫn còn thấp so với giá của năm 1973 cộng thêm mức lạm phát hàng năm tương với giá $100/thùng hiện tại.

Nguyên liệu thay thế dầu

Đứng trước những bất trắc có thể xảy ra bất cứ lúc nào để tạo nên cuộc khủng hoảng năng lượng xăng dầu trên thế giới, các nhà khoa học đã có những bước tiên liệu để ngăn chặn hay hạn chế các bất trắc có thể xảy ra. Thế giới đã nhìn thấy hiểm họa của việc xử dụng dầu thô làm nguồn nguyên liệu chính cho công nghệ phát triển và di chuyển. Vì đó là: 1- nguồn nguyên liệu có trữ lượng giới hạn và đã báo hiệu trước thời gian bị cạn kiệt không xa; 2- mức ô nhiễm môi trường đặc biệt là sự hâm nóng toàn cầu là một nguy cơ thật sự mà thế giới cần phải giải quyết; 3- sau cùng, phương hướng tập trung để giải quyết hai vấn nạn trên là: truy tìm nguyên liệu để thay thế xăng dầu và biện pháp giải quyết mới để giảm thiểu việc phóng thích khí monoxide carbon (CO) và thán khí (CO2) vào không khí.

Hai hướng giải quyết trên là hai định hướng tối ưu trong hiện tại để tiến đến việc ngăn ngừa khủng hoảng năng lượng xăng dầu, và giảm thiểu được lượng thán khí, tác nhân chính của sự tăng nhiệt độ của bầu khí quyển.

Trước hết, xin nhắc lại quá trình khai thác công nghệ dầu khí.. Cho đến thập niên 80, phẩm chất xăng dầu không được tốt vì công nghệ nầy chưa khử được dư lượng chì (Pb) trong xăng, và phóng thích nhiều khí CO và CO2 vì động cơ của các phương tiện giao thông không đốt hết lượng xăng dầu trong máy. Chì là tác nhân làm cho trí não của trẻ em sơ sinh chậm phát triển.. Và CO, CO2 là động lực chính cho sự ô nhiễm không khí và sự hâm nóng toàn cầu.

Qua nghiên cứu, vào dầu thập niên 90, các nhà khoa học đã tìm ra công nghệ chưng cất (cracking) dầu khí tinh vi hơn và đã giải quyết được sự hiện diện của chì trong xăng. Hiện nay vấn đề tồn đọng còn lại là làm thế nào để hoàn chỉnh việc xử dụng toàn lượng xăng dầu trong động cơ.

Thêm nữa, Hoa Kỳ đã cho thêm chất hóa học MTBE gọi là chất “trợ oxy” vào trong xăng trong vòng một thập niên qua để trợ giúp việc tiêu thụ hoàn toàn lượng xăng dầu bơm vào động cơ. Nhưng vào năm 2002, chính chất trợ oxy nầy là nguyên nhân của một nguy cơ mới. Đó là mầm mống của một loại ung thư cho con người, và chất nầy đã được tìm thấy trong nguồn nước ở nhiều tiểu bang. Do đó, từ cuối năm 2003, chất MTBE hoàn toàn bị cấm xử dụng làm chất trợ oxy cho xăng dầu. Để thay thế, Cơ quan Bảo vệ Môi trường HK (US EPA) cho phép áp dụng rượu cồn hay ethanol để trộn vào xăng dầu chạy xe. Có thể pha trộn đến tỷ lệ 70% rượu trong xăng. Vì vậy mà mức sản xuất rượu cồn ở Hoa Kỳ trong năm 2004 là 12,5 tỷ lít, 17% cao hơn so với năm 2003. Các tiểu bang trồng bắp để sản xuất ra rượu ethanol ở Hoa Kỳ là Iowa, North và South Dakota, Nebraska, Wisconsin.

Công nghệ chế biến ethanol từ ngũ cốc

Rượu ethanol đã được điều chế từ gạo, nếp, bắp...từ hàng ngàn năm trước qua sự lên men rượu do vi khuẩn. Hiện nay, với nhu cầu giải quyết nạn khan hiếm năng lượng xăng dầu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, ethanol quả thật là một nhu cầu cấp bách cho thế giới.. Do đó tiêu chuẩn đặt ra cho công nghệ lên men nầy là : 1- Truy tìm loại vi khuẩn làm tăng tiến trình lên men nhanh hơn và cho hiệu suất cao; 2- Và giảm thiểu tối đa các phó phẩm khác không cần thiết trong quy trình.

Công cuộc nghiên cứu nầy đã dược khắp thế giới thực hiện từ những năm 1970. Kết quả là qua hơn 1.400 báo cáo khoa học về vi khuẩn Zymomonas mobolis đăng tải trong suốt thời gian nầy, Kang và các cộng sự mới vừa hoàn tất mô hình di truyền (genome) của vi khuẩn nầy vào cuối năm 2004. Và từ mốc thời gian trên, công nghệ chuyển bắp thành ethanol đã tiến một bước dài góp phần vào công cuộc làm giảm ô nhiễm môi trường và giải quyết phần nào nạn khan hiếm năng lượng xăng dầu trong tương lai.

Hoa Kỳ đã đánh giá cao chương trình nầy, cho nên trong một Báo cáo của Ủy hội Quốc gia về Chính sách Năng lượng của HK, một tổ chức phi chính phủ (NGO) do William và Flora Hewlett tài trợ, trong đó quy tụ nhiều chính trị gia, khoa học gia, kỹ nghệ gia, giáo sư và đăc biệt có GS Molina, khôi nguyên giải Nobel. Trong báo cáo nầy, chỉ riêng chương trình dùng năng lượng thay thế, trong đó việc sản xuất ethanol là quan trọng nhất. Và theo như đã dự trù, trong năm 2025, HK sẽ giảm lượng tiêu thụ xăng dầu từ 10 đến 15% so với mức dùng hiện tại năm 2004 do việc xử dụng ethanol trong các phương tiện di chuyển.

Mức xử dụng rượu dùng cho năng lượng

Ấn Độ: Quốc gia nầy dùng đường mía để sản xuất ra rượu ethanol. Đây là một chính sách quốc gia của Ấn Độ, dùng rượu pha trộn với xăng dưới nhiều tỷ lệ khác nhau để cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện di chuyển trong nước với mục đích giảm thiểu được ngoại tệ nặng dùng cho việc nhập cảng xăng dầu. Thêm nữa, việc nầy đã tạo thêm nhiều công ăn việc làm cho nông dân trồng mía, và công nhân nhà máy sản xuất rượu và hạn chế được ô nhiễm môi trường.

Ấn Độ cũng đã áp dụng công nghệ mới trong việc điều chế rượu trực tiếp từ nước mía ép, chứ không qua giai đoạn cô nước mía thành mật đường (molasse). Kỹ thuật nầy làm giảm chi phí sản xuất. Năm 2001, Ấn Độ sản xuất 7,6 triệu tấn rượu ethanol nguyên chất, và trung bình có 5% lượng rượu được pha trong xăng dầu căn cứ theo Viện Định chuẩn Ấn Độ về xăng dầu (BISP).

Ba Tây: Đây là một quốc gia có diện tích trồng mía lớn nhất thế giới với gần 80.000 Km2 và cũng là quốc gia có mức sản lượng rượu lớn nhất. Công nghệ sản xuất rượu từ mía được chính phủ tài trợ cũng như mức thuế cao áp dụng cho xăng dầu nguyên chất là hai yếu tố làm cho người dân có khuynh hướng dùng rượu làm nhiên liệu cho xe cộ. Hầu hết các trạm xăng ở Ba Tây đều có hai trạm bơm: một cho xăng và một cho rượu nguyên chất.

Ba Tây là quốc gia đầu tiên đã áp dụng toàn quốc quy định trộn rượu trong xăng với tỷ lệ 24/76 kể từ khi có nạn khủng hoảng xăng dầu năm 1973. Trong thời gian nầy, ngoài cây mía ra, Ba Tây cũng đã thực hiện việc lên men rượu từ cây khoai mì. Ba Tây cũng

đã tận dụng cây mía để tạo ra năng lượng trong quá trình sản xuất rượu. Xác mía (bagasse) sau khí ép nước mía được xấy khô, và được dùng làm nguyên liệu cho việc chưng cất, thậm chí còn được chuyển đổi thành nhiệt điện để chạy máy. Việc làm nầy đã giải quyết được nhu cầu năng lượng cần thiết cho công nghệ sản xuất toàn quốc cũng như lượng điện dư thừa còn lại đã được dùng trong những dịch vụ công cộng ngoài xã hội. Theo thống kê năm 2003, tổng lượng điện sản xuất từ công nghệ nầy ước tính khoảng 1.600 MW, tương đương với hai lò điện nguyên tử hạng trung. Một nhà máy trung bình tiêu thụ một triệu tấn mía có thể cung cấp 5 MW điện cho thị trường bên ngoài (5 MW là lượng điện đủ cung cấp điện năng cho 5 ngàn nhà theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ).

Riêng tại Ba Tây, xe cộ tiêu thụ 100% rượu đã được sản xuất từ đầu thập niên 80. Năm 2005, có 80% xe lưu thông ở nước nầy là loại xe dùng xăng pha rượu, so với chỉ có 17% vào năm 2004. Thậm chí máy bay nhỏ dùng để phun xịt hoa màu cũng xài hổn hợp xăng-rượu. Mức sản xuất rượu hàng ngày của Ba Tây là 27 ngàn m3 trong đó 40% dùng làm nhiên liệu cho xe. Và sau cùng, Ba Tây đã bắt đầu dự án chuyển đổi gen DNA của cây mía trong cố gắng tạo ra một giống mía cho nhiều đường hơn từ hàng chục năm qua.

Giá thành của một gallon rượu rẻ hơn xăng độ 0.50 Mỹ kim tính theo thời giá 2006. Mặc dù 1 gallon xe chạy bằng rượu đạt được ít dặm hơn xe chạy bằng xăng, nhưng nhiên liệu rượu vẫn cho nhiều hiệu quả kinh tế hơn xăng, chưa kể đến mức lợi không nhỏ về việc môi trường bớt được ô nhiễm không khí do sự phát thải khí carbonic của xăng.

Hoa Kỳ: Năm 2006, HK sản xuất 5 tỷ gallon rượu ethanol và dự kiến tăng mức sản xuất lên 9 tỷ năm 2008. Tùy nhiên, lượng ethanol nầy cũng chưa thể thay thế được mức tiêu thụ xăng dầu của HK là 140 tỷ gallon/năm. Hai số trên cho thấy lượng rượu thay thế chỉ đủ nhu cầu cho 4,3% tổng lượng xe của Hoa Kỳ mà thôi (số liệu đã được chiết tính sau khi khấu trừ hiệu năng của rượu chỉ bằng 2/3 hiệu năng của xăng).

Muốn đạt được 9 tỷ gallon rượu cần phải có một diện tích đất là 20 triệu mẫu (acre, tương đương với 90.000 KM2), chiếm 25% tổng diện tích trồng bắp của HK. Số lượng bắp còn lại được dùng làm thực phẩm cho gia súc (50%), xuất cảng (20%), và cho kỹ nghệ chế biến thực phẩm 5%. Những công ty chưng cất bắp thành rượu chính của HK là: Cty Archer Daniels Midland (ADM), Monsanto, Dupont, và BP. ADM dự định xây thêm cơ sở chưng cất để tăng năng xuất lện 50% cho năm 2007 av Monsanto dự địnhtăng năng xuất thu hoạch bằng loại bắp chứa diếu tố lai tạo (hybrid) từ 150 lên 300 thùng/mẫu.

Lợi điểm của rượu ethanol dùng trong năng lượng

Đây là một trợ thủ đắc lực cho xăng dầu. Nó làm tiêu đốt hết lượng xăng dầu đã được bơm vào động cơ xe. Do đó, không còn phát sinh ra khí CO nữa. Lợi điểm thứ hai là do sự đốt cháy hoàn toàn nầy, hiệu quả kinh tế của việc xử dụng phương tiện di chuyển bằng xăng dầu giảm từ 7 đến 10% tùy theo tỷ lệ lượng ethanol thêm vào. Lợi điểm sau cùng nầy càng làm cho các nhà khoa học cố gắng thêm trong việc truy tìm những phương pháp hữu hiệu để hầu tăng năng suất điều chế rượu cồn từ ngũ cốc, đặc biệt từ bắp.

Vài suy nghĩ về năng lượng từ rượu

Như tất cả chúng ta đều biết, hiện tại trên thế giới, việc dùng ngũ cốc để tạo ra năng lượng thay thế dầu hỏa được chú ý đến như là một giải pháp cung cấp năng lượng trong hiện tại và tương lai. Ngũ cốc đang được dùng nhiều nhất là bắp và mía. Ở một số quốc gia việc dùng cây khoai mì (manioc), đậu nành, hay dầu hướng dương (sunflower) cũng đáp ứng được nhu cầu chế biến thành rượu. Nhưng hiệu quả kinh tế

lớn nhất vẫn là việc dùng bắp (400 lít rượu / 1 tấn bắp) và sau đó là mía (250 lít / 1 tấn mật đường).

Đứng về mặt bảo vệ môi trường, việc dùng nguyên liệu để chạy xe tiết giảm được mức ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn. tuy nhiên việc trồng trỉa độc canh về mía hay bắp ở một diện tích lớn để có thể cung ứng đủ cho nhu cầu quốc gia lại nảy sinh ra một vấn nạn môi trường mới cho nông dân, công nhân sống trong những vùng trồng tỉa và sản xuất rượu.

- Trước khi bắt đầu một mùa vụ mới, nông dân phải đốt cỏ khô, và gốc mía, gốc mì để dọn đất. Việc nầy đã tạo ra nhiều đám khói che phủ bầu trời và làm ô nhiễm không khí. Nông dân và công nhân ở những vùng nầy mắc bệnh về đường hô hấp cao so với nông dân ở vùng khác. Như vậy, vô hình chung, công nghệ nầy đã chuyển dịch ô nhiễm từ các thành phố về nông thôn, nghĩa là làm lợi cho người thành phố và hại cho nông thôn. Từ đó, làm tăng thêm khoảng cách giàu nghèo giữa nông thôn và thành phố.

- Vì là độc canh ở một vùng lớn, do đó đa dạng sinh học (biodiversity) dần dần bị biến mất, vì các chủng loại cây cỏ thiên nhiên khác không còn tồn tại trong vùng trồng tỉa. Hệ sinh thái lần lần bị cải đổi. và hậu quả của việc độc canh là vi khuẩn, nấm mốc sẽ nẩy sinh và có sức đề kháng cao vì môi trường thiên nhiên không còn giữ được tính sinh diệt hổ tương giữa cây cỏ và sinh vật. Do đó, đứng trên tầm nhìn chiến lược quốc gia, các nước có nhu cầu cần xử dụng năng lượng từ rượu qua việc trồng tỉa bắp hay cây mía cần phải cải đổi kỹ thuật để làm tăng năng suất cây trồng và sức đề kháng của cây bằng phân bón thích hợp và xử dụng hóa chất bảo vệ thực vật để tránh việc gây ô nhiễm không khí qua việc đốt đồng dọn cỏ cho mùa vụ sau.

- TS David Pimentel, Giáo sư về nông nghiệp ĐH Cornell, đưa ra kết luận rất tiêu cực về việc xử dụng năng lượng đến từ rượu như sau: “Chiến lược phát triển năng lượng từ rượu không phải là một chiến lược bền vững. Ông đưa ra những số liệu nghiên cứu để chứng minh cho lập luận trên là:

o Nếu dùng bắp để biến chế rượu, phải cần thêm 29% năng lượng so với dầu thô để chuyển đổi thàng năng lượng chạy xe.

o Nếu dùng đậu nành để biến chế rượu, cần thêm 27% năng lượng.

o Và nếu dùng hạt hoa hướng dương cần thêm 118% năng lượng.

Do đó, nếu kết toán tổng cộng, có nhiều yếu tố làm cho việc sản xuất rượu để làm ra năng lượng không là một phát triển bền vững vì:

o Lượng nước dùng cho việc tưới tiêu và biến chế chưng cất rượu sẽ ảnh hưởng đến mức dự trử nước ngọt trên thế giới đang trên đà cạn kiệt.

o Hóa chất như phân bón và thuốc bảo vệ thực vật sẽ làm ô nhiễm môi trường.

Và sau cùng, TS David Pimentel đã khuyến cáo chính phủ Hoa Kỳ như sau:

“Hoa Kỳ cần có nhu cầu thay thế dầu trong tương lai để cung cấp năng lượng. Nhưng việc sản xuất rượu ethanol và biodiesel từ thực vật để làm năng lượng thay thế là một hướng đi sai lầm, vì công nghệ nầy đòi hỏi năng lượng để sản xuất ra rượu hay biodiesel nhiều hơn là hưởng được số lượng năng lượng mà chúng cung cấp cho con người”.

Và sau cùng, “việc sản xuất năng lượng thay thế từ rượu sẽ không mang lại lợi ích cho quốc gia đứng về phương diện an toàn năng lượng, về nông nghiệp, hay kinh tế và môi trường. Các nguồn năng lượng thay thế dầu khí sau đây cần phải khai triển thêm, đó là năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối (biomass), và năng lượng chuyển đổi hydrogen”

Mai Thanh Truyết

Orange, 01/2007