Các chuyên gia ngày nay tiếp tục tranh luận về triển vọng của nhiên liệu sinh học trong ngành hàng không. Các ý kiến về vấn đề này là khác nhau, trong khi rõ ràng là cho đến nay, có nhiều ý kiến chính trị hơn là kinh tế về vấn đề nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu sinh học quan trọng chủ yếu đối với môi trường và các chương trình nhằm giảm lượng khí thải CO2 độc hại vào khí quyển. Hơn nữa, nhiên liệu như vậy có thể gây hại nhiều hơn lợi.
Chúng ta biết gì về nhiên liệu sinh học?
Ngày nay nhiên liệu sinh học dường như là một thứ gì đó mới mẻ và đặc biệt, nhưng trên thực tế, chúng vẫn luôn vây quanh chúng ta. Ví dụ đơn giản nhất mà mọi người Nga có lẽ đã từng đi qua là củi - một trong những loại nhiên liệu sinh học rắn lâu đời nhất. Nếu chúng ta đưa ra một đặc điểm khái quát của nhiên liệu sinh học, thì có thể lưu ý rằng đây là nhiên liệu được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc thực vật hoặc động vật, từ các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật hoặc chất thải công nghiệp hữu cơ.
Lịch sử thực sự của nhiên liệu sinh học được phát triển tích cực vào những năm 1970, khi Hoa Kỳ thông qua luật liên bang kiểm soát ô nhiễm không khí ở cấp quốc gia, nó được gọi là Đạo luật Không khí sạch. Luật được thông qua với mục đích khá dễ hiểu nhằm giảm thiểu tối đa lượng khí thải độc hại vào bầu khí quyển của nhiều loại phương tiện khác nhau: từ ô tô, tàu hỏa đến máy bay. Hiện tại, có vài chục công ty trên thị trường đang tham gia vào việc phát triển và sản xuất nhiên liệu sinh học, và hầu hết trong số họ vẫn đặt tại Hoa Kỳ.
Ngày nay, có hai loại nhiên liệu sinh học chính. Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất bao gồm nhiên liệu thực vật, được chiết xuất từ các loại cây nông nghiệp phổ biến có nhiều chất béo, đường và tinh bột. Tinh bột và đường từ cây trồng được chuyển thành ethanol và chất béo thành dầu diesel sinh học. Các loại cây trồng phổ biến nhất cho nhiên liệu sinh học là lúa mì, hạt cải dầu và ngô.
Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai là nhiên liệu sinh học công nghiệp, được lấy từ gỗ hoặc chất thải thực vật, chất thải công nghiệp thực phẩm, chất thải khí công nghiệp, v.v … Việc sản xuất nhiên liệu sinh học này ít tốn kém hơn so với các loại cây trồng thế hệ thứ nhất.
Tảo có thể trở thành một loại nguyên liệu thô khác cho nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba. Đây là một hướng đi đầy hứa hẹn cho sự phát triển của ngành này. Sản xuất của chúng không đòi hỏi nguồn tài nguyên đất khan hiếm, trong khi tảo có tốc độ sinh sản và nồng độ sinh khối cao. Điều quan trọng nữa là chúng có thể được trồng trong môi trường nước bị ô nhiễm và nhiễm mặn.
Cho đến nay, hầu hết nhiên liệu sinh học vận tải trên thế giới là nhiên liệu thế hệ thứ nhất, được sản xuất từ nguyên liệu thực vật. Nhưng trong những năm gần đây, các khoản đầu tư vào ngành này đã giảm. Nhiên liệu này và việc sản xuất nó có nhiều nhược điểm. Một trong số đó là phá hoại an ninh lương thực. Trong một thế giới mà vấn đề đói kém vẫn chưa được giải quyết, nhiều chính trị gia và nhà hoạt động cho rằng việc chuyển đổi các sản phẩm nông nghiệp thành nhiên liệu là không phù hợp.
Các chuyên gia tin rằng việc sử dụng nhiên liệu sinh học như vậy có hại cho khí hậu hơn là có lợi. Bằng cách giảm lượng khí thải từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, chúng ta đang đồng thời thực hiện những thay đổi lớn trong việc sử dụng đất. Nhu cầu ngày càng tăng về nhiên liệu sinh học đang buộc các nhà sản xuất nông nghiệp phải giảm diện tích trồng cây lương thực. Điều này trái ngược với các chương trình an ninh lương thực ở nhiều quốc gia.
Việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ nguyên liệu nông nghiệp có ảnh hưởng gián tiếp đến sản lượng lương thực, giống cây trồng, giá lương thực và diện tích đất nông nghiệp được sử dụng. Trong một thế giới mà theo dự báo, có thể có 1,2 tỷ người đói vào năm 2025, tiêu tốn 2,8 tấn lúa mì để sản xuất 952 lít ethanol hoặc 5 tấn ngô để sản xuất 2000 lít ethanol dường như không hợp lý nhất và quyết định đạo đức.
Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai có vẻ hứa hẹn hơn, không gây hại cho môi trường, không làm mất lương thực của loài người và giúp giải quyết vấn đề rác thải. Các chuyên gia tin rằng loại nhiên liệu sinh học này, được tạo ra từ khí đốt công nghiệp và chất thải gỗ, có triển vọng lớn, kể cả ở Nga. Ở nước ta, chỉ tính riêng chất thải của ngành lâm nghiệp ước tính khoảng 35 triệu mét khối hàng năm, và về khối lượng khai thác, chúng ta chỉ đứng sau Hoa Kỳ.
Phối cảnh nhiên liệu sinh học hàng không
Hàng không và toàn bộ lĩnh vực vận tải hàng không có thể được xác định là những động lực tăng trưởng khả dĩ cho nhiên liệu sinh học. Hàng không chiếm khoảng 10% tổng lượng nhiên liệu tiêu thụ trên hành tinh, một con số khá lớn. Tuy nhiên, triển vọng của nhiên liệu sinh học trong ngành hàng không không quá rõ ràng. Nhiên liệu sinh học, để thay thế cho dầu được sản xuất từ dầu hỏa hàng không, có những ưu và nhược điểm của nó.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ là nhiên liệu sinh học có hành lang ấn tượng trong ngành hàng không. Trước hết, ở cấp độ các tổ chức, bao gồm Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế và Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO). Các tổ chức này đang vận động hành lang cho chính nhiên liệu sinh học và các tiêu chuẩn cho việc sử dụng nó trong du lịch hàng không.
Hơn nữa, bản thân các hãng hàng không cũng nhận thấy một số lợi thế trong việc sử dụng nhiên liệu sinh học. Thứ nhất, họ duy trì quan hệ tốt với ICAO và các tổ chức xã hội dân sự. Thứ hai, chúng làm cho giao thông trở nên xanh hơn. Chủ đề về sinh thái hiện đang rất phổ biến, người ta có thể nói, "HYIP", và là một nền tảng PR rất tốt cho các hãng hàng không. Thứ ba, nhiên liệu sinh học có lợi ích kinh tế trong việc giảm rủi ro biến động giá nhiên liệu.
Đồng thời, nền kinh tế trong vấn đề nhiên liệu sinh học có cả điểm cộng và điểm trừ. Đầu tiên, hãy xem xét mặt tích cực mà các hãng hàng không yêu thích. Thị trường nhiên liệu sinh học ngày nay là không cần kê đơn, loại nhiên liệu này tạo ra một chi phí ổn định và dễ hiểu. Ngược lại, nhiên liệu cổ điển thu được trong quá trình lọc dầu là một loại hàng hóa trao đổi, chi phí của nó phụ thuộc trực tiếp vào giá trên sàn giao dịch. Biến động giá nhiên liệu diễn ra liên tục và điều này được tất cả mọi người, ngay cả những người ở xa khu vực này quan sát thấy.
Bây giờ chúng ta hãy nói về những bất lợi về kinh tế. Sản xuất nhiên liệu sinh học không hề rẻ. Jay D. Keesling, giáo sư kỹ thuật hóa học và kỹ thuật sinh học tại Đại học California, Berkeley, đồng thời là giám đốc điều hành của Viện Năng lượng Sinh học Liên hợp, nói với Global Energy rằng việc sản xuất hàng loạt nhiên liệu sinh học cho hàng không hiện đang ít hiệu quả về chi phí hơn sản xuất nhiên liệu hàng không, dầu hỏa từ dầu mỏ.
Anh lưu ý:
“Nhiên liệu cho động cơ phản lực hiện đại, được làm từ dầu, rất rẻ. Nếu các quốc gia trên thế giới thiết lập các quy tắc yêu cầu sử dụng nhiên liệu carbon trung tính hoặc áp dụng thuế carbon đối với dầu hỏa hàng không, điều này có thể thúc đẩy các nhà sản xuất nhiên liệu hoạt tính sinh học. Chúng tôi biết rằng hoàn toàn có thể sản xuất loại nhiên liệu như vậy, nhưng vấn đề chính hiện nay là nền kinh tế”.
Dmitry Los, giám đốc Viện Sinh lý thực vật Timiryazev (IPR RAS), đồng ý với đồng nghiệp nước ngoài của mình. Chi phí nhiên liệu sinh học cho ngành hàng không vẫn còn rất cao. Ngày nay, sản xuất nhiên liệu sinh học là một ý chí chính trị hơn là một hiện tượng kinh tế. Theo chuyên gia này, dầu hỏa hàng không đã được thanh lọc tốt và phát thải ít vào khí quyển Trái đất, trái ngược với các nhà máy nhiệt điện than, vẫn đủ cung cấp trên khắp thế giới.
Cả Dmitry Los và Jay D. Kisling đều tin rằng triển vọng nhất sẽ là việc sử dụng nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai và thứ ba. Việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo (vi sinh vật tự nhiên), và trong tương lai, vi sinh vật biến đổi gen dường như hiệu quả hơn. Cách tiếp cận này có nguồn lực lớn và giải quyết được vấn đề thiếu đất nông nghiệp và tài nguyên thủy lợi.
Ngoài ra, việc sản xuất như vậy sẽ là một công nghệ khép kín có thể tự tái sản xuất vô thời hạn. Ít nhất là miễn là mặt trời chiếu sáng hành tinh của chúng ta và quá trình quang hợp đang diễn ra. Đến lượt mình, Kisling nói thêm rằng vấn đề thiếu tài nguyên cuối cùng có thể được giải quyết thông qua việc sử dụng rộng rãi chất thải hữu cơ trong sản xuất nhiên liệu sinh học.
Việc sử dụng nhiên liệu sinh học trong hàng không
Ngày nay, việc sử dụng nhiên liệu sinh học trong hàng không đang được thúc đẩy ở cấp độ chính trị. Ví dụ, ở EU, hàng không chiếm 3% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Thông qua việc sử dụng nhiên liệu sinh học, Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế dự kiến sẽ giảm một nửa lượng khí thải độc hại vào khí quyển vào năm 2050 (so với năm 2005).
Vấn đề là tất cả những phát thải này xảy ra ở những lớp nhạy cảm nhất của tầng đối lưu của Trái đất. Tăng trưởng du lịch hàng không năm phần trăm mỗi năm theo thời gian có thể dẫn đến tỷ lệ phát thải CO2 toàn cầu từ hàng không không thay đổi xuống 3 phần trăm vào năm 2050 (chúng hiện chiếm 2 phần trăm lượng khí thải trên toàn cầu) …
Đối với bầu khí quyển của hành tinh chúng ta, ngay cả sự gia tăng như vậy cũng đã là rất nhiều. Trước vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu trên hành tinh, nhân loại cần giảm khối lượng khí thải độc hại và nỗ lực cải thiện tính thân thiện với môi trường của động cơ máy bay. Điều này rất quan trọng nếu chúng ta muốn hạn chế tác động của chúng ta đối với sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5 độ C so với mức phát triển tiền công nghiệp.
Cho đến nay, việc thay thế dầu hỏa hàng không bằng nhiên liệu sinh học được thực hiện dần dần bằng cách trộn hai loại nhiên liệu này với tỷ lệ 10-20% nhiên liệu sinh học thành dầu hỏa. Ngay cả với khối lượng như vậy, điều này cũng làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại vào bầu khí quyển.
Kinh nghiệm đầu tiên của việc sử dụng nhiên liệu sinh học trong hàng không có từ năm 2008. Sau đó, hãng hàng không Virgin Atlantic đã thực hiện chuyến bay, trộn 20% nhiên liệu sinh học với dầu hỏa hàng không thông thường. Kể từ đó, công nghệ này đã được thử nghiệm bởi nhiều hãng hàng không khác nhau, bao gồm cả những hãng hàng không lớn như KLM. Thành tích đáng chú ý nhất thuộc về hãng hàng không Hainan Airlines, hãng hàng không bay từ Trung Quốc đến Mỹ vào năm 2017, sử dụng hỗn hợp có bổ sung dầu thực vật đã qua sử dụng làm nhiên liệu.
Lực lượng Không quân cũng quan tâm đến công nghệ. Ví dụ, tại Ấn Độ, máy bay vận tải quân sự An-32 đã nhận được chứng chỉ bay sử dụng nhiên liệu sinh học. Các động cơ của máy bay này thường chạy bằng hỗn hợp, 10% trong số đó là các thành phần sinh học. Đến năm 2024, Không quân Ấn Độ dự kiến sẽ giảm 4 tỷ USD việc sử dụng dầu hỏa hàng không thông thường, chuyển đổi khá rộng rãi sang nhiên liệu sinh học.
Đến năm 2030, tập đoàn hàng không vũ trụ Boeing có kế hoạch sản xuất máy bay có thể thực hiện các chuyến bay thường xuyên bằng 100% nhiên liệu sinh học. Ít nhất, những kế hoạch như vậy đã thực sự được lên tiếng bởi nhà sản xuất máy bay ngày hôm nay. Đồng thời, nhiên liệu sinh học không phải là cách duy nhất để giảm lượng khí thải độc hại vào khí quyển.
Một hướng đi đầy hứa hẹn có thể là tạo ra máy bay với động cơ hybrid hoặc động cơ chạy hoàn toàn bằng điện. Đây là một cơ hội thực sự để làm cho ngành hàng không không chỉ trung tính với carbon mà còn hoàn toàn thân thiện với môi trường. Chỉ còn cách chờ đợi sự xuất hiện của các loại pin lưu trữ mạnh mẽ, bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển.
