"Nhiên liệu sinh học" là một từ thông dụng chính trong giới giao thông vận tải ngày nay, và vì lý do chính đáng. Nhiên liệu từ thực vật có thể được sản xuất ở hầu hết mọi nơi, đến từ một nguồn tài nguyên tái tạo và thường tạo ra khí thải sạch hơn so với nhiên liệu từ dầu mỏ. Với xu hướng quốc tế hướng tới giao thông bền vững, các loại nhiên liệu như ethanol làm từ ngô và dầu diesel sinh học từ đậu nành, cỏ switchgrass và dầu cọ dường như là một bước đi tốt để hướng tới những con đường cao tốc xanh hơn, sạch hơn.
Nhưng nhiên liệu sinh học không hoàn toàn miễn phí. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chi phí của bất kỳ loại nhiên liệu nào, cả về mặt kinh tế và môi trường, và nhiên liệu sinh học không phải lúc nào cũng được coi là lựa chọn bền vững nhất. Đúng vậy, nhiên liệu từ thực vật đến từ một nguồn có thể tái tạo, trong khi nhiên liệu hóa thạch cuối cùng sẽ cạn kiệt. Nhưng do một số khía cạnh phức tạp khác, và nhiên liệu sinh học thường có giá rất đắt.
Nhiều loại cây trồng phổ biến có thể sản xuất nhiên liệu sinh học một cách kinh tế ở một số nơi trên thế giới. Nhưng ở những vùng khác, không thể - hoặc cực kỳ tốn kém - để trồng những loại cây tương tự. Tương tự như vậy, phân bón, nước và đất đai cần thiết để sản xuất đủ nhiên liệu sinh học nhằm giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch một cách đáng kể có thể tạo ra các vấn đề khác, từ gia tăng ô nhiễm đến giảm khả năng tiếp cận thực phẩm.
Nhiên liệu sinh học và quá trình tích hợp chúng vào thói quen sử dụng nhiên liệu của chúng ta có thể tốn kém. Hãy cùng xem xét một số mặt hạn chế của nhiên liệu sinh học và có cái nhìn mới về các loại nhiên liệu mà chúng ta có thể thấy nhiều hơn trong tương lai.
Nội dungCái này liên quan đến các bản đồ nhỏ nhiều màu ở mặt sau của các gói hạt giống. Các sọc rằn ri trải dài từ đông sang tây là vùng sinh trưởng:vùng cung cấp nước, nhiệt độ và ánh sáng mặt trời tạo nên khí hậu thích hợp cho một số loại thực vật. Ví dụ:nếu bạn sống ở Khu 5, bạn có thể sẽ gặp khó khăn khi trồng một loại cây đòi hỏi thời gian sinh trưởng kéo dài và nhiệt độ cao ở Khu 10 [nguồn:Burpee].
Về mặt này, cây trồng nhiên liệu sinh học không khác gì cây cối xay hoặc ớt. Một số cây trồng sẽ phát triển tốt hơn ở một số vùng nhất định và có thể không phát triển ở những vùng khác. Và trong khi phạm vi các loại cây trồng sản xuất dầu được coi là khả thi để sản xuất nhiên liệu sinh học đủ rộng để phù hợp với hầu hết các vùng trồng trọt, thì các loại cây trồng có năng suất cao nhất sẽ không mọc ở khắp mọi nơi. Người tiêu dùng sống ở khu vực sản xuất thấp sẽ cần phải có nhiên liệu sinh học chở hoặc đường ống đến họ, làm tăng cả chi phí và lượng khí thải được tạo ra trong quá trình sản xuất và vận chuyển [nguồn:Pimentel].
Các nhà nghiên cứu đang làm việc để tăng sản lượng nhiên liệu sinh học từ các loại cây trồng chịu được thời tiết [nguồn:Lau]. Nhưng theo cách tương tự như cam sẽ không bao giờ là cây trồng thu được lợi nhuận ở Alaska, sẽ luôn có một số vùng không thể hỗ trợ sản xuất quy mô lớn các loại cây trồng giàu nhiên liệu sinh học.
Hỏi bất kỳ học sinh cấp lớp nào để trồng cây, và học sinh đó có thể sẽ đề cập đến hai điều:ánh sáng mặt trời và nước. Trong khi điều thứ nhất nằm ngoài tầm kiểm soát của các nhà sản xuất nhiên liệu sinh học, điều thứ hai là cốt lõi của một nhược điểm tiềm ẩn nghiêm trọng của nhiên liệu dựa trên thực vật:Nhu cầu nước của một số cây trồng sản xuất nhiên liệu sinh học có thể gây áp lực không bền vững đối với nguồn nước địa phương nếu không được quản lý một cách khôn ngoan.
Một nghiên cứu năm 2009 cho thấy rằng, trong giai đoạn gấp rút sản xuất đủ ethanol làm từ ngô để đáp ứng các yêu cầu năng lượng thay thế của liên bang, nhu cầu nhiên liệu sinh học đã gây căng thẳng cho nguồn cung cấp nước ngọt ở Great Plains và miền trung Tây Nam [nguồn:McKenna]. Trọng tâm của vấn đề là nhu cầu nước tương đối cao của ngô. Các nhà nghiên cứu đang điều tra các cách thức để tạo ra các loại cây trồng ít khát nước hơn và lên kế hoạch cẩn thận về việc trồng cây nhiên liệu sinh học nào trong một khu vực nhất định có thể giảm thiểu vấn đề này [nguồn:Lau]. Nhưng sản xuất nhiên liệu sinh học quy mô lớn - đặc biệt là sử dụng ngô, và ở những vùng khô cằn trên thế giới - sẽ phải chia sẻ nguồn nước hữu hạn với nhu cầu nước uống và tưới tiêu.
Sản xuất nhiên liệu sinh học sử dụng các loại cây lương thực như ngô, đậu nành và lúa miến có khả năng làm thay đổi đáng kể khả năng tiếp cận thực phẩm giá cả phải chăng của thế giới. Tính kinh tế cung cầu đơn giản của nhiên liệu sinh học - chẳng hạn như tăng nhu cầu đối với ngô và ngô trở nên đắt hơn - có thể gây ra mối đe dọa đối với an ninh lương thực của một số khu vực hoặc khả năng tiếp cận thực phẩm bổ dưỡng với giá cả phải chăng cho người dân trong khu vực [nguồn:Naylor].
Sự gia tăng nhu cầu đối với cây lương thực-nhiên liệu sinh học có thể có tác động tích cực đối với các nhà sản xuất cây trồng, dưới dạng giá cả sản phẩm của họ cao hơn. Nhưng giá đó nhanh chóng giảm xuống cho người tiêu dùng. Ví dụ, một người chăn nuôi lợn có thể phải trả thêm vài đô la cho mỗi giạ để mua ngô về nuôi gia súc của mình. Điều đó trực tiếp chuyển thành thịt xông khói và giăm bông đắt hơn ở cửa hàng tạp hóa [nguồn:Carey]. Đối với hàng tỷ người chỉ sống bằng vài đô la mỗi ngày, giá thực phẩm dù chỉ tăng một chút cũng có thể khiến khả năng tiếp cận dinh dưỡng hợp lý của họ gặp rủi ro.
Một cách để chống lại điều này nằm ở ngoại giao đơn giản:Toàn cầu hóa thương mại thế giới có nghĩa là giờ đây việc di chuyển nguồn cung cấp thực phẩm từ nơi này sang nơi khác dễ dàng hơn bao giờ hết để đáp ứng nhu cầu gia tăng. Tuy nhiên, việc tiếp cận sẵn sàng để nhập khẩu lương thực và sự dễ dàng xuất khẩu phụ thuộc vào một loạt các yếu tố chính trị và xã hội. Phụ thuộc vào sản phẩm từ nửa vòng trái đất để nuôi một quốc gia đói kém là một cái giá phải trả đầy rủi ro cho việc tích hợp rộng rãi nhiên liệu sinh học vào nguồn cung cấp năng lượng của thế giới.
Đó dường như là một ý tưởng đôi bên cùng có lợi:nhu cầu nhiên liệu sinh học của châu Âu tăng đột biến, một phần do các quy định nhằm giảm phát thải khí nhà kính. Các nhà nghiên cứu trong ngành đã tìm ra câu trả lời trong dầu cọ, một nguồn nhiên liệu sinh học tương đối dễ sản xuất. Các chủ đồn điền chuẩn bị hoạt động để đáp ứng nhu cầu…
… Và sự hỗn loạn về môi trường xảy ra sau đó. Theo một số ước tính, việc mở rộng các đồn điền trồng dầu cọ ở Indonesia đã gây ra phần lớn nạn phá rừng của quốc gia đó vào cuối những năm 80 và 90. Và các hoạt động sản xuất tiêu thụ cao - vận chuyển dầu cọ bằng xe tải chạy bằng xăng dầu và thực hành rút nước và đốt các bãi than bùn để chuẩn bị đất canh tác - đã khiến quốc gia Đông Nam Á trở thành một trong những quốc gia phát thải khí nhà kính hàng đầu thế giới [nguồn:Rosenthal].
Vấn đề dầu cọ Indonesia thực sự là sự kết hợp của những nhược điểm của nhiên liệu sinh học. Bản chất khu vực của các loại cây sản xuất cao như dầu cọ có nghĩa là một số khu vực trên thế giới là mỏ vàng nông nghiệp:Nhu cầu nhiên liệu sinh học thúc đẩy các đồn điền mở rộng nhanh chóng. Nhưng nếu không được thực hiện với mục tiêu bảo tồn tài nguyên và duy trì tinh thần giảm phát thải thông qua nhiên liệu từ thực vật, việc gia tăng sản xuất này có thể dẫn đến các vấn đề môi trường lớn hơn những vấn đề mà nó phải giải quyết.
Đây là một vấn đề mà cây trồng nhiên liệu sinh học chia sẻ với cây lương thực, vườn và bãi cỏ trên toàn thế giới. Tất cả những cây này đều phát triển tốt hơn khi được bón phân. Nhưng những loại phân bón đó có thể có tác hại đối với môi trường xung quanh và việc sản xuất nhiên liệu sinh học được mở rộng có thể là mối đe dọa ô nhiễm lớn đối với các nguồn nước ngọt.
Nhiều loại phân bón có chứa nitơ và phốt pho. Trong khi cả hai chất phụ gia này đều thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng và thịnh soạn ở nhiều loại cây trồng, chúng có một mặt trái. Việc sử dụng quá mức hoặc không thích hợp có thể để lại lượng phân bón dư thừa trong đất, sau đó sẽ trôi qua các lưu vực trong khu vực và chảy vào các dòng suối, sông, hồ và các tầng chứa nước ngầm. Và một khi các hóa chất có trong nguồn cấp nước, những điều tồi tệ có thể xảy ra.
Phốt pho được coi là nguyên nhân gây ra sự nở hoa của tảo địa phương:Các thực vật thủy sinh nhỏ bé ăn nó và sinh sản nhanh chóng, thường giết chết các loài thực vật và động vật thủy sinh khác bằng cách giảm lượng oxy trong nước hoặc bằng cách giải phóng các hóa chất độc hại. Nitơ trong nước uống có thể dẫn đến một loạt các vấn đề sức khỏe, bao gồm cả bệnh methemoglobin huyết , một tình trạng ngăn cản trẻ sơ sinh sử dụng oxy trong máu [nguồn:Rosen và Horgan]. Bón phân cẩn thận có thể giúp ngăn ngừa các vấn đề ô nhiễm trên diện rộng, nhưng việc mở rộng sản xuất nhiên liệu sinh học để đáp ứng nhu cầu của thế giới sẽ mở ra cánh cửa cho nhiều sai lầm hơn trong lĩnh vực này.
Thoạt nghe có vẻ phản trực giác, nhưng một số nhà khoa học cho rằng việc sản xuất nhiên liệu sinh học rộng rãi là một trò chơi có tổng âm:Sản xuất đủ diesel sinh học hoặc etanol để thay thế một gallon nhiên liệu dầu mỏ, họ lập luận, đòi hỏi năng lượng tương đương với vài gallon nhiên liệu dầu mỏ. [nguồn:Pimentel].
Nói cách khác, hãy nghĩ về một cánh đồng ngô được trồng để lấy ethanol. Nó có thể tạo ra 100 gallon nhiên liệu từ một vụ mùa. Nhưng nếu các máy kéo chạy trên cánh đồng đốt cháy 75 gallon nhiên liệu trong mùa vụ, xe tải vận chuyển ngô đến một nhà chế biến đốt cháy 20 gallon trong chuyến đi và bộ xử lý sử dụng năng lượng của 40 gallon nhiên liệu để chạy thiết bị chưng cất của nó, Ethanol được sản xuất có thực sự là nhiên liệu thân thiện với môi trường, ít phát thải? Thêm các chi phí tài nguyên khác vào phương trình, chẳng hạn như gallon nước ngọt cần thiết để phát triển cây trồng và lượng phân bón cần thiết để giữ cho chúng khỏe mạnh, và càng khó hơn khi đánh đồng nhiên liệu sinh học với năng lượng thực và tiết kiệm khí thải carbon.
Một nghiên cứu năm 2005 cho thấy rằng, sử dụng công nghệ sản xuất và canh tác hiện tại, cần nhiều hơn từ 27 đến 118% năng lượng để tạo ra một gallon diesel sinh học so với năng lượng mà nó chứa [nguồn:Pimentel]. Mặc dù công nghệ cuối cùng có thể thu hẹp các tỷ lệ đó, nhưng tỷ lệ năng lượng đầu vào - đầu ra của sản xuất nhiên liệu sinh học hiện đại là một nhược điểm lớn đối với việc sử dụng rộng rãi nó.
Nhiều loại cây nhiên liệu sinh học được sử dụng để sản xuất dầu diesel sinh học. Dầu trong hạt của chúng được ép ra, lọc và chuyển thành nhiên liệu bằng một quy trình hóa học. Nhưng trong khi các loại cây trồng khác nhau có thể trở thành dầu diesel sinh học thông qua cùng một quá trình, thì nhiên liệu tạo thành có thể khác nhau rất nhiều về khả năng sản xuất điện. Nói cách khác, không phải tất cả các loại cây trồng nhiên liệu sinh học đều được tạo ra như nhau.
Đầu tiên, đó là vấn đề về năng suất. Lượng dầu thực vật có sẵn trong một mẫu cây trồng có thể rất khác nhau, từ 18 gallon trên một mẫu Anh đối với ngô đến 635 gallon đối với cọ dầu [nguồn:Journey to Forever]. Và một lần nữa, không phải vùng khí hậu nào cũng thích hợp cho một loại cây trồng năng suất cao có thể sản xuất dầu diesel sinh học có hiệu quả kinh tế [nguồn:Burpee].
Thứ hai, dầu mà các nhà máy này sản xuất không bằng nhau. Hãy nghĩ về các loại dầu trong nhà bếp của bạn:Trong khi dầu ô liu trong tủ rất dễ đổ, mỡ lợn và các loại thực vật có độ sệt giống như hỗn hợp sệt. Những khác biệt về trạng thái ở một nhiệt độ nhất định đến từ thành phần phân tử của dầu. Các liên kết phân tử trong dầu có ít chất béo bão hòa, ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ thấp hơn, khác với các loại dầu có nhiều chất béo bão hòa, thường tạo thành chất rắn trong khoảng nhiệt độ trung bình.
Sự khác biệt này có ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của dầu khi làm nhiên liệu. Một điều cần cân nhắc rõ ràng là gel hay còn gọi là đóng cục:Một loại nhiên liệu biến thành chất rắn cao hơn điểm đóng băng của nước sẽ không hữu ích lắm ở những nơi lạnh giá. Do đó, việc tìm kiếm dầu không bão hòa làm nguồn nhiên liệu sinh học là rất hợp lý.
Nhưng có một sự phức tạp khác nảy sinh với sự lựa chọn này. Nhiều loại dầu không bão hòa có đặc điểm cháy không mong muốn:Chúng sẽ để lại cặn bã nhờn trong động cơ khi được sử dụng làm nhiên liệu. Hydro hóa hoặc xử lý dầu bằng hydro, có thể giảm thiểu vấn đề này, nhưng việc tăng cường xử lý đồng nghĩa với việc tăng chi phí [nguồn:Journey to Forever].
Biểu tượng của sự thành công trong nông nghiệp ở nhiều nơi trên thế giới là những cánh đồng ngô, đậu nành hoặc lúa mì vô tận, với những vụ mùa giống hệt nhau trải dài đến tận mắt người ta có thể nhìn thấy. Thật không may, hình ảnh đó cũng là dấu hiệu của tình trạng độc canh, một vấn đề nông nghiệp có thể trở nên tồi tệ hơn nhiều do nhiên liệu sinh học.
Độc canh đề cập đến việc thực hành trồng một loại cây trồng tập trung cao độ, thay vì luân canh các loại cây trồng khác nhau qua các cánh đồng của nông dân theo thời gian. Mặc dù đây là một thực hành hấp dẫn về mặt kinh tế, lợi dụng quy mô kinh tế để làm cho cây trồng có lợi hơn cho người nông dân, nhưng nó có thể có những hạn chế nghiêm trọng về môi trường. Hàng trăm - thậm chí hàng ngàn - mẫu đất liền của một vụ mùa là mục tiêu không thể cưỡng lại đối với dịch hại thực vật; các quần thể dịch hại có thể bùng nổ ngoài tầm kiểm soát trong một môi trường đầy cám dỗ như vậy. Tương tự như vậy, các chất dinh dưỡng được đưa trở lại đất thông qua luân canh cây trồng và cho phép các cánh đồng bỏ hoang biến mất trong chế độ canh tác độc canh mạnh mẽ. Các trang trại độc canh lâu năm phải sử dụng nhiều phân bón nhân tạo hơn nhiều so với các trang trại bền vững hơn của họ, làm gia tăng ô nhiễm nguồn nước. Và bản chất đơn lẻ của một loại cây trồng độc canh làm tăng nguy cơ bị thiệt hại toàn bộ cho người nông dân; Hãy tưởng tượng thiệt hại nếu một dòng bệnh cháy lá nghiêm trọng ở ngô tấn công một trang trại ngô sản xuất ethanol [nguồn:Altieri].
Độc canh không phải là vấn đề chỉ giới hạn trong sản xuất nhiên liệu sinh học; đó là một vấn đề đã được nghiên cứu trong nhiều năm liên quan đến sản xuất cây lương thực quy mô lớn. Nhưng vì nhiều loại cây nhiên liệu sinh học phổ biến, chẳng hạn như ngô và đậu nành, cũng là nguồn thực phẩm phổ biến của hầu hết thế giới, nên có thể lý do là các vấn đề liên quan đến độc canh có thể trở nên tồi tệ hơn khi người tiêu dùng yêu cầu nhiều nhiên liệu sinh học hơn.
Nông dân trồng ngô, đậu nành và bông - tất cả các nguồn nhiên liệu sinh học tiềm năng - đang ngày càng trồng nhiều phiên bản biến đổi gen của những loại cây đó [nguồn:Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ]. Đây không phải là cách lai tạo chọn lọc mà người nông dân đã thực hiện trong nhiều năm; cây trồng biến đổi gen được thay đổi trong phòng thí nghiệm để kháng thuốc diệt cỏ tốt hơn, chống lại sâu bệnh hoặc cho năng suất cao hơn.
Về lý thuyết, điều này nghe có vẻ là một cách tuyệt vời để đáp ứng nhu cầu cây trồng nhiên liệu sinh học. Rốt cuộc, một vụ thu hoạch tốt hơn sẽ giảm giá và đảm bảo có đủ ngô hoặc đậu nành để cung cấp thức ăn và cung cấp nhiên liệu cho thế giới, phải không? Nhưng trong những trường hợp tưởng chừng như khoa học viễn tưởng lại là sự thật khoa học, thì cây trồng biến đổi gen đã vô tình phát triển những đặc điểm ngoài ý muốn - và đôi khi nguy hiểm -.
Một ví dụ điển hình về điều này xảy ra vào đầu những năm 2000. Trong các thử nghiệm ban đầu đối với một dòng ngô biến đổi, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng cây trồng, được thiết kế để chống lại loài bướm đêm ăn ngô, tạo ra phấn hoa có thể giết chết ấu trùng của bướm chúa. Các nhà khoa học đã gióng lên hồi chuông cảnh báo, và các cuộc kiểm tra tiếp theo của các nhà nghiên cứu học thuật và công nghiệp đã xác nhận rằng phấn hoa của ngô là mối đe dọa đối với bướm vua. Lúc đó, ngô đã được mùa trên thị trường. Rất may, nó bán không chạy, nên ít ruộng trồng nó. Nếu nó là giống ngô phổ biến trong mùa, thì đã có thể xảy ra một thảm họa sinh thái khi bướm vua di cư qua vùng Trung Tây nước Mỹ nhiều ngô [nguồn:Mellon và Rissler].
Có lẽ rõ ràng nhất điểm hạn chế của nhiên liệu sinh học là:Nó không phải là nhiên liệu từ dầu mỏ, vì vậy nó sẽ hoạt động khác với các động cơ được thiết kế cho nhiên liệu từ dầu mỏ.
Ví dụ, etanol làm từ ngô có tỷ trọng cao hơn xăng; kim phun nhiên liệu phải lớn hơn trong động cơ chỉ sử dụng ethanol để phù hợp với dòng nhiên liệu của động cơ xăng tương đương. Và nhiên liệu cồn (kể cả etanol) có thể ăn mòn hoặc làm hỏng một số phụ kiện kim loại và cao su được sử dụng trong động cơ chạy bằng xăng. Việc chuyển đổi từ nhiên liệu này sang nhiên liệu khác, trong một số trường hợp, đòi hỏi một loạt các kim phun, vòng đệm và đường dẫn nhiên liệu mới. Và khi động cơ đang hoạt động, sự khác biệt về đặc tính đốt cháy giữa xăng và etanol có nghĩa là động cơ chuyển hóa etanol cần được điều chỉnh thời điểm đánh lửa để hoạt động bình thường [nguồn:Tsuneishi].
Dầu diesel sinh học không tốt hơn nhiều. Do điểm gel cao hơn dầu mỏ của nhiều loại dầu sản xuất diesel sinh học, động cơ diesel sinh học có thể khó - nếu không muốn nói là không thể - khởi động trong thời tiết lạnh. Vấn đề thậm chí còn tồi tệ hơn đối với dầu thực vật nguyên chất, được sử dụng làm nhiên liệu trong cái gọi là "dầu nhớt". Người điều khiển phương tiện sử dụng các loại nhiên liệu này thường lắp đặt bộ gia nhiệt để giữ bình nhiên liệu và đường dây không bị trào nhiên liệu, hoặc lắp đặt hệ thống nhiên liệu kép xả động cơ bằng dầu diesel khi khởi động và tắt máy. Một số nhà sản xuất bán các thành phần cho quá trình chuyển đổi dầu nhớt và dầu diesel sinh học, và những người mày mò gan dạ thường tìm cách khắc phục sự cố tạo gel. Tuy nhiên, các chuyển đổi làm tăng thêm thời gian và tiền bạc cho phương trình nhiên liệu sinh học, một điều có thể gây khó khăn cho những người sử dụng nhiên liệu sinh học tiềm năng.
Để tìm hiểu thêm về nhiên liệu sinh học, hãy nhấp vào trang tiếp theo.
Lithium của Anh đảm bảo tài trợ Đổi mới của Vương quốc Anh cho ngành sản xuất pin nhiên liệu EV
Lý do Sửa chữa ô tô ở Châu Âu cần có chuyên gia
Hướng dẫn cơ bản về chăm sóc sau thay thế kính chắn gió
Tăng cường cho nhà sản xuất zappi myenergi