Dự án biến khí mê-tan thành bột cá có thể là một giải pháp an ninh lương thực có lợi

Một phân tích đầu tiên của Đại học Stanford đã đánh giá tiềm năng thị trường của vi khuẩn đang phát triển được cho ăn khí mê-tan đã thu giữ, có thể được chế biến thành bột cá giàu protein.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Sustainability cho thấy chi phí sản xuất liên quan đến khí mê-tan thu được từ một số nguồn nhất định ở Mỹ thấp hơn giá thị trường đối với bột cá thông thường. Nó cũng nhấn mạnh việc giảm chi phí khả thi có thể làm cho phương pháp này có lợi nhuận bằng cách sử dụng các nguồn khí mê-tan khác và có khả năng đáp ứng tất cả nhu cầu bột cá toàn cầu.

Sahar El Abbadi, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Các nguồn công nghiệp ở Mỹ đang thải ra một lượng khí mê-tan thực sự đáng kinh ngạc, không kinh tế để thu giữ và sử dụng trong các ứng dụng hiện nay.

El Abbadi, người hiện là giảng viên chương trình Giáo dục Công dân, Tự do và Toàn cầu tại Stanford cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là lật ngược mô hình đó, sử dụng công nghệ sinh học để tạo ra một sản phẩm có giá trị cao.

Hai vấn đề, một giải pháp

Mặc dù các-bon đi-ô-xýt dồi dào hơn trong khí quyển, tiềm năng làm ấm lên toàn cầu của mêtan lớn gấp 85 lần trong khoảng thời gian 20 năm và gấp ít nhất 25 lần trong một thế kỷ sau khi phát hành. Nồng độ tương đối của mê-tan đã tăng nhanh hơn gấp đôi so với nồng độ các-bon đi-ô-xýt kể từ khi bắt đầu cuộc Cách mạng Công nghiệp, một phần lớn là do phát thải do con người gây ra.

Một giải pháp tiềm năng nằm ở vi khuẩn tiêu thụ khí mê-tan được gọi là sinh vật dị dưỡng. Những vi khuẩn này có thể được phát triển trong một lò phản ứng sinh học làm lạnh, chứa đầy nước được cung cấp khí mê-tan, oxy và các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và kim loại vi lượng. Sinh khối giàu protein có thể được sử dụng làm bột cá trong thức ăn nuôi trồng thủy sản, bù đắp nhu cầu về bột cá thông thường hoặc thức ăn từ thực vật.

Trong khi các sinh vật dị dưỡng được nuôi bằng khí mê-tan có thể cung cấp thức ăn cho cá nuôi, tính kinh tế của phương pháp này vẫn chưa rõ ràng, ngay cả khi giá bột cá thông thường đã tăng gần gấp ba so với giá thực tế kể từ năm 2000.

Để làm rõ tiềm năng của phương pháp này trong việc đáp ứng nhu cầu một cách có lợi, các nhà nghiên cứu Stanford đã mô hình hóa các kịch bản trong đó khí mê-tan có nguồn gốc từ các nhà máy xử lý nước thải tương đối lớn, bãi chôn lấp và các cơ sở dầu khí, cũng như khí tự nhiên được mua từ lưới khí đốt tự nhiên thương mại. Phân tích của họ đã xem xét một loạt các biến, bao gồm chi phí điện và sự sẵn có của lao động.

Hướng tới thu lợi nhuận

Trong các kịch bản liên quan đến khí mê-tan thu được từ các bãi chôn lấp và các cơ sở dầu khí, phân tích cho thấy chi phí sản xuất bột cá dị dưỡng – tương ứng là 1.546 USD và 1.531 USD / tấn – thấp hơn giá thị trường trung bình 10 năm là 1.600 USD.

Đối với kịch bản trong đó khí mê-tan được thu giữ từ các nhà máy xử lý nước thải, chi phí sản xuất cao hơn một chút – 1.645 USD / tấn – so với giá bột cá trung bình trên thị trường. Kịch bản trong đó mêtan được mua từ lưới điện thương mại dẫn đến chi phí sản xuất bột cá đắt nhất – 1.783 USD / tấn – do chi phí mua khí đốt tự nhiên.

Đối với mọi kịch bản, điện là khoản chi lớn nhất, trung bình chiếm hơn 45% tổng chi phí. Ở các bang như Mississippi và Texas với giá điện thấp, chi phí sản xuất đã giảm hơn 20%, do đó có thể sản xuất bột cá từ khí mêtan với giá 1.214 USD / tấn, hoặc thấp hơn 386 USD / tấn so với sản xuất bột cá thông thường.

Các nhà nghiên cứu cho biết, chi phí điện có thể giảm hơn nữa bằng cách thiết kế các lò phản ứng truyền nhiệt tốt hơn để yêu cầu ít làm mát hơn và chuyển đổi các ứng dụng chạy bằng điện sang các ứng dụng chạy bằng cái gọi là khí bị mắc kẹt mà nếu không sẽ bị lãng phí hoặc không được sử dụng, điều này cũng có thể làm giảm phụ thuộc vào điện lưới cho các địa điểm xa xôi. Trong các tình huống liên quan đến mêtan từ các nhà máy xử lý nước thải, bản thân nước thải có thể được sử dụng để cung cấp nitơ và phốt pho, cũng như làm mát.

Theo nghiên cứu, nếu những hiệu quả như thế này có thể làm giảm 20% chi phí sản xuất đối với bột cá làm từ methanotroph, thì quá trình này có thể cung cấp một cách sinh lợi cho tổng nhu cầu toàn cầu đối với bột cá có khí mê-tan được thu giữ ở Mỹ. Tương tự, quy trình này có thể thay thế đậu tương và thức ăn chăn nuôi nếu giảm chi phí hơn nữa.

Đồng tác giả nghiên cứu Evan David Sherwin, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về kỹ thuật tài nguyên năng lượng tại Stanford cho biết: “Mặc dù đã cố gắng trong nhiều thập kỷ, ngành công nghiệp năng lượng vẫn gặp khó khăn trong việc tìm ra cách sử dụng tốt cho khí thiên nhiên mắc kẹt.

“Khi chúng tôi bắt đầu xem xét hệ thống năng lượng và thực phẩm cùng nhau, rõ ràng là chúng tôi có thể giải quyết ít nhất hai vấn đề tồn tại cùng một lúc.”