Ethanol có thực sự thân thiện với môi hơn khí không?

Trong ngành năng lượng, nhu cầu thay đổi không còn gì phải bàn cãi. Ngoài nguy cơ phụ thuộc hoàn toàn vào dầu mỏ nước ngoài khi cả chính trị toàn cầu và giá khí đốt đều biến động hơn bao giờ hết, tác động môi trường của việc đốt hàng triệu gallon nhiên liệu hóa thạch nhanh hơn mức chúng ta có thể nói là "khí nhà kính" đang bắt đầu ăn sâu vào tâm thức chung . Vậy câu trả lời là gì? Một số người nói đó là hydro, là một giải pháp thay thế tuyệt vời nhưng cuối cùng đặt ra một số câu hỏi phức tạp về an toàn. Những người khác chỉ ra tài nguyên thiên nhiên như ánh sáng mặt trời và gió. Các bộ phận của ngành năng lượng tái tạo cũng rất quan tâm đến etanol - làm thế nào bạn có thể tranh luận với sự khôn ngoan của việc cung cấp năng lượng cho ô tô của chúng ta bằng ngô dồi dào?

Rõ ràng, bạn có thể tranh luận với nó, và nhiều người cũng vậy. Trước tiên, hãy tìm hiểu sơ qua về etanol là gì và nó được tạo ra như thế nào.

Ethanol là rượu ngũ cốc . Ở Hoa Kỳ, nó thường được làm từ ngô . Ở Brazil, nó thường được làm bằng mía. Lúa mì, lúa mạch và khoai tây cũng là nguồn sản xuất etanol.

Có một số cách để sản xuất etanol cấp nhiên liệu, và một trong những cách phổ biến nhất là phương pháp máy nghiền khô , giống như sau:

• Bắp (hoặc ngũ cốc khác) được nghiền thành bột. Nó xuất hiện dưới dạng bột.
• Một hỗn hợp làm từ bột ngũ cốc này, nước và một loại enzyme đi vào nồi đun nhiệt độ cao, nơi nó được hóa lỏng. Enzyme này giúp phá vỡ hợp chất hạt để hỗ trợ trong quá trình hóa lỏng.
• Hỗn hợp nghiền hóa lỏng được làm lạnh và một loại enzyme khác được thêm vào hỗn hợp. Enzyme này chuyển hóa tinh bột thành đường có thể được lên men để tạo ra rượu.
• Men được cho vào hỗn hợp đường để bắt đầu quá trình lên men. Đường phân hủy thành etanol (một dạng rượu) và carbon dioxide.
• Hỗn hợp lên men được chưng cất. Etanol tách khỏi chất rắn.
• Quá trình khử nước loại bỏ nước khỏi etanol đã tách.
• Một lượng nhỏ xăng được thêm vào etanol để làm cho nó không thể uống được. Tất cả etanol được sử dụng làm nhiên liệu đều phải được sản xuất không nung.

Các sản phẩm phụ của quá trình này, bao gồm ngũ cốc của máy chưng cất và carbon dioxide, rất hữu ích trong các ngành trồng trọt và chăn nuôi gia súc và có thể được bán bởi nhà máy sản xuất ethanol cho các mục đích khác nhau. Nhưng theo nhiều chuyên gia trong lĩnh vực nông nghiệp, việc đưa ethanol trở thành một nhân tố chính trong ngành nhiên liệu có những hạn chế nghiêm trọng.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét điều gì khiến ethanol trở thành một nguồn năng lượng sạch tiềm năng - và tìm hiểu lý do tại sao một số người cho rằng tiềm năng này bị hạn chế.

> Tranh cãi về ethanol

Trong tình trạng hiện tại là một phụ gia nhiên liệu có tỷ lệ phần trăm thấp, lợi ích của ethanol là rõ ràng. Vì ethanol có chứa nhiều oxy trong cấu trúc hóa học của nó nên nó cháy khá sạch. Được thêm một lượng nhỏ (thường là một phần ethanol, chín phần xăng) vào xăng để cung cấp nhiên liệu cho ô tô của chúng ta, nó làm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính như carbon monoxide và nitơ oxit. Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne báo cáo lượng phát thải khí nhà kính giảm khoảng 10 tấn (9,07 tấn) do sử dụng nhiên liệu ethanol chỉ trong năm 2007 [nguồn:Biofuels Digest]. Một nghiên cứu năm 2006 ở Wisconsin cho thấy số ngày ozone cao ít hơn 16% kể từ khi giới thiệu nhiên liệu 10-90 vào năm 1994 [nguồn:Ethanol].

Việc bổ sung ethanol vào hỗn hợp nhiên liệu cũng làm giảm lượng xăng chúng ta tiêu thụ khi lái xe và bất kỳ chiếc xe nào cũng có thể chạy trên hỗn hợp 10-90 ethanol này (được gọi là E10). Hỗn hợp etanol 85-15 (được gọi là E85) chỉ cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện chạy bằng nhiên liệu linh hoạt đặc biệt (FFV) đốt sạch hơn nữa, giảm hơn nữa việc thải khí độc hại vào bầu khí quyển có thể gây ô nhiễm không khí và nước, nóng lên toàn cầu và khói bụi. Nhưng chỉ có một số ít phương tiện có thể chạy trên hỗn hợp này - một trong số 40 xe tính đến năm 2006 [nguồn:Joyce]. Nó thường không được dự trữ trong các trạm xăng.

Vấn đề với việc sử dụng ethanol làm nhiên liệu trên quy mô lớn liên quan đến hai vấn đề chính có liên quan:

• Năng lượng trong etanol gần như không bằng trong xăng.
• Việc tạo ra một lượng năng lượng đáng kể từ cây lương thực sẽ làm cạn kiệt diện tích đất sẵn có để trồng lương thực thực tế cho mọi người.

Mặc dù hầu hết các chuyên gia đồng ý về hai điểm này, nhưng chúng có xu hướng khác nhau về mức độ.

Theo giáo sư nông nghiệp David Pimentel của Đại học Cornell, sản xuất etanol thực sự tạo ra tổn thất năng lượng ròng. Theo tính toán của ông, để sản xuất ngô và chế biến thành 1 gallon (3,7 lít) etanol cần 131.000 BTU năng lượng; nhưng 1 gallon etanol chỉ chứa 77.000 BTU [nguồn:Sức khỏe và Năng lượng]. Và vì nông dân đang sử dụng thiết bị chạy bằng nhiên liệu hóa thạch để trồng, duy trì và thu hoạch ngô và đang sử dụng máy móc chạy bằng nhiên liệu hóa thạch để chế biến ngô đó thành etanol và sau đó, trong hầu hết các trường hợp, vận chuyển sản phẩm đến các điểm thu mua thông qua vận tải chạy bằng nhiên liệu, ngành công nghiệp ethanol thực sự đang đốt một lượng lớn xăng để sản xuất loại nhiên liệu thay thế này. Ethanol đó cuối cùng có thể chứa ít năng lượng hơn lượng xăng tiêu thụ để sản xuất ra nó.

Tuy nhiên, khía cạnh vận chuyển của quá trình này có thể sớm thay đổi với việc khai trương đường ống dẫn ethanol đầu tiên của Hoa Kỳ vào tháng 12 năm 2008. Nó vận chuyển ethanol 85 dặm (136 km) qua Florida từ Tampa đến Orlando. Đường ống dẫn etanol luôn là một vấn đề nan giải vì nhiên liệu chọn tạp chất trên đường từ điểm A đến điểm B. Những tạp chất này là không thể chấp nhận được trong etanol và có thể làm hỏng vật liệu đường ống dẫn khí đốt truyền thống. Nhưng công ty Texas phát triển đường ống dường như đã vượt qua được những thách thức [nguồn:Galbraith].

Tất nhiên đó chỉ là một đường ống. Mặc dù vậy, không phải tất cả các nhà khoa học đều đồng ý với phân tích của Pimentel liên quan đến hiệu quả năng lượng. Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ nhận thấy rằng họ cần 1 BTU nhiên liệu hóa thạch để có được 1,3 BTU etanol đưa ra thị trường [nguồn:NREL]. Điều đó có nghĩa là năng lượng tăng ròng 30%, không phải lỗ ròng.

Ngoài hiệu quả năng lượng, những người trong trại của Pimentel thực sự không coi ngô là một nguồn năng lượng tái tạo thực sự. Pimentel ước tính rằng để cung cấp năng lượng cho một chiếc ô tô trong một năm bằng cách sử dụng ethanol sẽ cần tới 11 mẫu Anh (44.515 mét vuông) ngô, không gian có thể được sử dụng để nuôi ít nhất bảy người [nguồn:Sức khỏe và Năng lượng]. Vì các cánh đồng ngô ở Hoa Kỳ mất một thời gian để tự phục hồi, do xói mòn đất và các vấn đề về tưới tiêu, những mẫu đất đó cuối cùng sẽ không hoạt động trong một thời gian dài, có nghĩa là không có ngô để sản xuất ethanol và không có đất sử dụng cho thực phẩm khác hoa màu. Để duy trì ngành công nghiệp nhiên liệu dựa trên etanol, ngày càng nhiều đất nông nghiệp sẽ phải được dành riêng cho ngô. Kết quả cuối cùng có thể là sự thiếu hụt thực phẩm trồng trong nước và giá cao hơn tại siêu thị đối với tất cả các loại sản phẩm.

Một câu trả lời có thể cho cuộc tranh cãi về ethanol là thứ được gọi là ethanol xenlulo . Etanol xenlulo được sản xuất từ ​​các sản phẩm phi thực phẩm như thân cây ngô, gỗ vụn và cỏ switchgrass. Nếu góc nhỏ này của ngành công nghiệp ethanol phát triển thành một nhà sản xuất đủ lớn, ethanol xenlulo có thể chứng minh là một thỏa hiệp khả thi, chi phí thấp hơn trong cuộc tranh luận giữa ethanol và xăng.