Phương pháp sản xuất nhiên liệu sinh học mới không cạnh tranh với nguồn thức ăn

Sản xuất hiệu quả vừa nhiên liệu sinh học vừa thức ăn gia súc từ 1 cây trồng là một việc hoàn toàn có thể, và có thể thực hiện ở một trang trại mà không cần các quá trình ở những nơi khác. Nghiên cứu được công bố trên một tạp chí về Công nghệ sinh học về nhiên liệu sinh học, chứng minh tiềm năng khả thi của một phương pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch mà không cạnh tranh với nguồn thức ăn.

Nhiên liệu sinh học ‘thế hệ đầu tiên’ gồm có ethanol được sản xuất từ nguồn thực phẩm khác như ngô và mía. Tuy được công nhận là một nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng cải thiện an ninh nhiên liệu, nhưng việc sản xuất chúng đã gây tranh cãi về việc cạnh tranh với đất trồng thực phẩm và giá ngũ cốc tăng. Quá trình lên men của các nguồn phi thực phẩm như rơm và gỗ này, gọi là nhiên liệu sinh học ‘thế hệ thứ hai’, đã được phát huy làm phương pháp thay thế đầy hứa hẹn, nhưng cũng có những hạn chế của nó.
Tác giả Mitsuo Horita từ Viện Khoa học Nông nghiêp Môi trường Quốc gia Nhật Bản, cho biết: “Nhìn chung, vướng mắc trong sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai là cần có cơ sở lớn, vận chuyển vật liệu cồng kềnh và quá trình xử lý phức tạp, tất cả đều tốn kém và tiêu thụ một lượng lớn năng lượng.
“Hiện nay chúng tôi chứng minh một hệ thống hoàn chỉnh có tiềm năng thực hiện thực tế ở một nông trại. Thay vì là một quá trình phức tạp đòi hỏi phải có cơ sở vật chất đặc biệt, hệ thống của chúng tôi chỉ đơn giản là xây dựng dựa trên các quy trình truyền thống vốn đã được nông dân sử dụng để làm cỏ ủ tươi cho gia súc ăn. Nó sẽ tạo ra sản lượng ethanol cao đồng thời sản xuất ra thức ăn chăn nuôi chất lượng tốt, với lượng chất thải bằng không.”
Quá trình này, có tên “quá trình lên men trạng thái rắn”, là quá trình đóng gói toàn bộ cây lúa đã thu hoạch cùng với nấm men và enzyme thành một kiện tròn, gói trong một lớp màng không thấm nước. Trong thời gian ủ, đường và tinh bột trong cây lúa được nấm men chuyển đổi thành ethanol, và sau đó để ráo nước và chưng cất thành nhiên liệu, để lại một kiện thức ăn chăn nuôi chất lượng cao ở dạng ủ tươi.
Trong thử nghiệm, quá trình này mang lại đến 12,4 kg ethanol tinh khiết trên mỗi kiện sau sáu tháng ủ, gấp mười lần lượng ethanol so với sản xuất cỏ ủ tươi tự nhiên. Một lượng ổn định ethanol cũng liên tục thoát ra trong nước thải từ kiện trong quá trình thử nghiệm, kết quả là có thêm 1,7 kg ethanol có thể dễ dàng thu thập mà không cần chiết xuất.
Nguyên liệu còn lại trong kiện được phát hiện giống với cỏ ủ tươi bình thường cho gia súc, với hàm lượng axit lactic và các loại đường ở mức tương đương, và hàm lượng protein thô ở mức cao – một thành phần dinh dưỡng thiết yếu cho gia súc.
Mặc dù hệ thống này đòi hỏi phải trải qua thời gian tương đối dài cho quá trình lên men, nhưng không tốn chút năng lượng nào để vận hành. Việc sử dụng một máy chưng cất chân không sẽ giúp chiết xuất tổng cộng 86% ethanol tích lũy trong kiện. Ethanol cũng không chứa các hạt không hòa tan, và do đó có thể dễ dàng khử nước và cô đặc để sử dụng làm nhiên liệu ô tô.
Nghiên cứu này cho thấy tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học và thực phẩm bổ sung, góp phần giải quyết các vấn đề liên quan đến sự cạnh tranh đất trong nông nghiệp. Hệ thống này có thể triển khai ở cấp địa phương cho từng nông dân, mang lại sản xuất nhiên liệu sinh học bền vững, và có thể đặc biệt có lợi cho nông dân ở các nước đang phát triển.
Các tác giả lưu ý rằng, cũng nên thực hiện thêm các nghiên cứu sâu hơn về việc nâng cao năng suất ethanol và tỷ lệ phục hồi, cũng như thực hiện đánh giá môi trường về một chu kỳ hoạt động đầy đủ của hệ thống trước khi ứng dụng rộng rãi hệ thống này ở các vùng nông thôn.

Người dịch: Thanh Vân (theo Eurekalert)
Nguồn tin: Sở KH&CN Đồng Nai