Cánh đồng ngô bất tận ở trung tâm miền Bắc Hoa Kỳ có thể chưng cất nên hàng ngàn thùng hoá chất ethanol từ chính... bã ngô!
Cây ngô có thể điều chế thành ethanol để tạo ra năng lượng. |
Tuy nhiên, người ta phải tìm ra cách sản xuất nhiên liệu ngô một cách kinh tế hơn do hiện nay, để sản xuất ra một thùng hoá chất ethanol, cần tiêu tốn khoảng hai phần năm thùng nhiên liệu (thường là khí đốt tự nhiên).
Chỉ có một cách tiếp cận: Điều chế ngô thành ethanol để tạo ra năng lượng. Để sản xuất ra một thùng hoá chất ethanol, cần tiêu tốn khoảng hai phần năm thùng nhiên liệu (thường là khí đốt tự nhiên), đó là chưa tính đến nhiên liệu để sản xuất ra phân bón để trồng ngô, chạy máy móc ở trang trại hay vận chuyển ethanol ra chợ.
Dự đoán năm nay Mỹ sẽ sản xuất ra năm tỷ thùng hoá chất ethanol, tương đương với khoảng 3% lượng xăng dầu hiện đang cung cấp, và nhiều nhà máy chưng cất chất ethanol đang được xây dựng. Vừa qua, Tổng thống Bush đã kêu gọi việc nghiên cứu để sản xuất ethanol hiệu quả hơn
Nhưng nếu thừa nhận ra tiềm năng của ethanol, những người ủng hộ theo hướng này hiểu rằng nước Mỹ sẽ phải có những cách sản xuất ra nó một cách ít tiêu tốn khí đốt tự nhiên hơn - có thể là bằng than đá, như một vài nhà máy chưng cất hiện nay đang sử dụng để tiết kiệm chi phí.
Theo lời ông Giám đốc của công ty nhiên liệu Chippewa Valley Ethanol ở Benson, Mim, William A. Lee- ông cũng là cựu chủ tịch Hiệp hội Renewable Fuels Association (nguồn năng lượng tái sinh), một tập đoàn buôn bán hoá chất ethanol: “Trong lĩnh vực này, chúng ta không thể chỉ nhìn thấy kết quả trước mắt, chúng ta phải nghĩ về một tương lai ổn định hơn”. Các kỹ sư đang thử nghiệm nhiều phưong pháp khác nhau. Sau đây là một vài phương pháp triển vọng nhất.
Học theo hệ tiêu hoá của bò
Nhiều công ty đang xây dựng nhà máy sản xuất chất ethanol cạnh các trang trại chăn nuôi gia súc, nhờ đó ngô có thể được xử lý ở nhà máy chưng cất ethanol, sau đó bã ngô - chủ yếu là ngô đã bỏ đi tinh bột - có thể dùng để làm thức ăn cho gia súc.
Bã ngô - đã qua ruột bò - và cả phân bón có thể đưa trở lại nhà máy và cho vào một thiết bị, được gọi là máy tiêu hoá bằng vi sinh vật kị khí, thiết bị này tạo ra các điều kiện giống như trong dạ dày con bò nên vi khuẩn có thể sản sinh ra chất methane, một thành phần của khí đốt tự nhiên.
Đặt nhà máy sản xuất gần với khu chăn nuôi bò
Bã ngô, được gọi là bã rượu khi đã chưng cất, có thể bốc hơi nóng, để chuyển từ dạng hydrat cacbon thành hydrocacbon. Nếu bã rượu được dùng làm thức ăn gia súc, phân bón sau đó của chúng cũng có thể bốc hơi thành hydrocarbon.
Ethanol cần năng lượng khi nó bốc hơi. Thông thường, hơi nước được sử dụng để làm nhừ hỗn hợp tinh bột và nước, giữ cho hỗn hợp này ở nhiệt độ lý tưởng để các enzyme tách các thành phần hoá học trong tinh bột và để lên men chất đường trong ngô thành rượu. Sau đó, hỗn hợp này được làm nóng để chưng cất thành rượu, và bã rượu thường được làm khô và dùng làm thức ăn khô cho gia súc.
Một vài nhà sản xuất ethanol bỏ qua khâu làm khô bã rượu, nếu gần đó có đủ số gia súc sử dụng ngay số bã rượu đó. Ở Sioux Center, Iowa, tại công ty vật nuôi và năng lượng Siouxland, các nông dân địa phương đã mở một nhà máy vào năm 2001 gần với một trang trại khoảng 10 000 con bò.
Khi không làm khô bã rượu như vậy, công ty Siouxland đã tiết kiệm lượng khí đốt tự nhiên của nhà máy tới 24 000BTU, hay khoảng 6072kcal (BTU-đơn vị đo nhiệt lượng dùng ở Mỹ, 1BTU gần bằng 253cal) mỗi thùng ethanol - nghĩa là khí đốt mà nó sử dụng ít hơn một phần ba lượng khí đốt mà nó tạo ra, tạo ra 85 000 B.T.U., hay khoảng 21505kcal mỗi thùng khi đốt cháy. (Con số tính toán này chưa tính đến điện năng mà nhà máy sử dụng, hay nhiên liệu diesel để chuyên chở ethanol đến trạm sử dụng).
Tạo ra một loại khí đốt mới
Tại trung tâm năng lượng Iowa Energy Center, một phòng thí nghiệm đặt ở giữa những cánh đồng ngô gần với khuôn viên đại học Iowa State University, các kỹ sư đang nghiên cứu một biện pháp kỹ thuật khác.
Một bó các ống hơi nước, những thùng nhỏ bằng sắt, các mũi khoan và những cái phễu, được một công ty nghiên cứu hoá chất mới thành lập - tên là Frontline Bioenergy- lắp ráp, đang thay thế khí đốt tự nhiên bằng một loại khí khác ở quy mô nhỏ.
Loại khí mới này được làm từ phần của cây ngô chứ không phải phần hạt, cây được cắt thành từng khúc nhỏ dài khoảng 1,27cm và đổ vào một thùng có chứa hơi nước và một ít không khí.
Trong một quá trình được gọi là “oxy hoá từng phần”, hơi nước làm tách hydrat-cacbon của cây thành hai chất khí: thành khí hydro (H) và cacbon monoxide (CO). Cả hai thành phần hoá học này cháy dễ dàng như là một loại khí thay thế cho khí đốt tự nhiên.
Khoảng 90% nguyên liệu từ cây ngô chuyển thành khí, một ít còn lại là chất khoáng có thể bán đi để dùng vào việc khác. Quá trình chuyển thành chất khí này sử dụng một lượng khí đốt tự nhiên để bắt đầu, nhưng sau đó, nó tự sản sinh ra khí để duy trì quá trình phản ứng của chính nó.
Theo ông Tổng giám đốc Công ty Frontline Bioenergy, ông Norman Reese nói, “Đây là một loại khí mới thay thế cho khí đốt tự nhiên”.
Quá trình trên sử dụng phần của cây ngô, phần này được gọi là rơm, được để ở ngoài đồng. Chúng có thể được đốt cháy nhưng như thế thì bẩn hơn nhiều.
Nhưng quay trở lại với con bò
Nhiều thứ có thể chuyển thành chất khí, bao gồm cả phân bón. Theo Giám đốc kỹ thuật công ty Frontline Bioenergy, ông Jerod Smeenk nói: “Phân bón là một chất sinh học đã được chế biến”.
Một công ty ở bang Minnesota, Chippewa Valley Ethanol, có kế hoạch chạy thử một nhà máy trong vòng một năm, sử dụng máy chưng cất ngô thành rượu. Sự lựa chọn này không phải là lý tưởng vì bã rượu không phải là chất thải; chúng có thể làm thức ăn cho gia súc. Nhưng đó là sự lưa chọn có sự rủi ro thấp đối với công ty Chippewa, công ty có thể đầu tư vào mua thiết bị cần thiết dùng để thu thập rơm rạ nếu sự khí hoá có triển vọng.
Những công ty như Chippewa có thể thúc đẩy quyết tâm bảo vệ môi trường của họ, nhưng họ cũng đang bị ảnh hưởng bởi giá cả năng lượng trên thị trường. Ông Lee nói “Khi ngành công nghiệp chất ethanol bắt đầu từ 20 năm trước đây, người ta cần dùng một lượng khí đốt tự nhiên nhiều gấp đôi mà một thùng chất ethanol có thể tạo ra, nhưng sau đó chất khí đã rẻ hơn nhiều”.
“Hiện nay, Công ty Chippewa đang phải trả 12 USD cho 1 triệu B.T.U. khí đốt tự nhiên, so với 2 USD vào giữa những năm của thập niên 80, và sự khí hoá có vẻ nhạy cảm với vấn đề kinh tế khi mà chi phí cho khí đốt tự nhiên là khoảng 10 USD hoặc hơn cho một triệu B.T.U.,” ông Lee nói tiếp.
Ở Công ty Frontline, ông John Reardon, Giám đốc nghiên cứu và phát triển, nói về dự án khí hoá: “Đây chỉ là một sự bắt đầu. Nền kinh tế của chúng ta đang sử dụng năng lượng hình thành tự xác động thực vật phân huỷ, và chúng ta cần phải bắt đầu từ đâu đó”.
Cẩm Nhung