Diesel sinh học là nhiên liệu diesel được làm từ sinh khối chứ không phải dầu mỏ (petrodiesel). Nó được sử dụng chủ yếu trong giao thông vận tải, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để sưởi ấm trong nhà, phát điện và các mục đích sử dụng khác. Nguồn diesel sinh học phổ biến là các chất hữu cơ có hàm lượng lipid (chất béo) cao như dầu ăn, mỡ động vật và tảo.
Diesel sinh học thường được quảng bá như một giải pháp bền vững hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thế giới về nhiên liệu vận tải đồng thời hạn chế tác động môi trường của nhiên liệu hóa thạch. Ví dụ, vào năm 2018, như một phần trong nỗ lực đáp ứng các cam kết của mình đối với Thỏa thuận Khí hậu Paris, Liên minh Châu Âu đã xác định dầu diesel sinh học tái tạo là nhiên liệu phù hợp cho động cơ diesel đồng thời giảm lượng khí thải. Tuy nhiên, tình trạng diesel sinh học như một loại nhiên liệu bền vững vẫn còn đang được tranh luận.
Vấn đề với dầu diesel
Kể từ Nghị định thư Kyoto năm 1997 nhằm giảm phát thải khí nhà kính (GHG), dầu diesel được coi là nhiên liệu vận chuyển thân thiện với môi trường hơn xăng.
Động cơ diesel làm từ dầu mỏ có mật độ năng lượng cao hơn xăng và cách đốt cháy trong động cơ diesel (thông qua quá trình nén chứ không phải bằng bugi) khiến động cơ diesel tiết kiệm năng lượng hơn, nghĩa là nó tạo ra ít khí thải GHG trên mỗi dặm hơn so với xăng. Đánh lửa do nén cũng cung cấp cho xe diesel mô-men xoắn lớn hơn, đó là lý do tại sao rất nhiều phương tiện vận tải hạng nặng và đường dài (tàu thủy, xe lửa, xe tải) và máy phát điện sử dụng nó, cùng với các mục đích sử dụng công nghiệp khác. Mặc dù chi phí sử dụng máy bơm cao hơn nhưng động cơ diesel lại rẻ hơn khoảng 30% khi sử dụng và giảm hao mòn trên động cơ.
Khí thải diesel gây ra những hậu quả vô cùng to lớn đối với sức khỏe con người và môi trường..
David McNew/Người đưa tin/Hình ảnh Getty
Tuy nhiên, việc đốt dầu diesel có những hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe và môi trường. “Ít tệ hơn xăng” không phải là điểm bán hàng hấp dẫn khi ngành giao thông vận tải tạo ra 27% tổng lượng khí thải nhà kính ở Hoa Kỳ và 14% trên toàn thế giới.
Khí thải nhà kính không phải là vấn đề duy nhất với động cơ diesel. Mặc dù động cơ diesel “sạch hơn” vẫn tồn tại, nhưng động cơ diesel vẫn tạo ra mức độ hạt vật chất và oxit nitơ được biết là làm tăng tỷ lệ tử vong do các bệnh về đường hô hấp, tác động không tương xứng đến các cộng đồng thu nhập thấp và cộng đồng người da màu.
Giao thông vận tải cũng chiếm tới 90% lượng khí thải carbon đen (bồ hóng) của Hoa Kỳ và khí thải diesel là nguyên nhân gây ra phần lớn lượng khí thải đó.
Diesel sinh học được sản xuất như thế nào?
Dầu diesel sinh học được tạo ra bằng cách tách glycerin (có trong xà phòng, kem đánh răng và các sản phẩm gia dụng khác) khỏi nguồn sinh khối của nó, để lại metyl este, tên hóa học của dầu diesel sinh học. Diesel sinh học nguyên chất chỉ có thể được sử dụng ở dạng nguyên chất nếu động cơ diesel được cải tiến, vì vậy diesel sinh học thường được trộn với dầu diesel để sử dụng trong vận tải.
Các hỗn hợp phổ biến của dầu diesel sinh học và dầu diesel chứa từ 2% đến 20% dầu diesel sinh học, với các hỗn hợp được đánh dấu bằng tỷ lệ phần trăm dầu diesel sinh học của chúng, chẳng hạn như B2 hoặc B20. Hầu hết các động cơ diesel ở Hoa Kỳ có thể sử dụng hỗn hợp lên tới B20, thường là B20. Dầu diesel sinh học cũng có thể được trộn với dầu sưởi để sưởi ấm trong nhà.
Sản xuất diesel sinh học thường được chia thành ba thế hệ, tùy thuộc vào nguồn của nó:
- Thế hệ thứ nhất sử dụng cây lương thực công nghiệp;
- thế hệ thứ hai sản xuất dầu diesel sinh học từ dư lượng sinh khối (như rơm rạ), các loại cây trồng không ăn được và chất thải như dầu mỡ nhà hàng;
- thế hệ thứ ba chủ yếu đề cập đến dầu diesel sinh học có nguồn gốc từ tảo.
Có thể tái tạo nhưng không nhất thiết phải bền vững
Diesel sinh học có thể được sản xuất từ các nguồn tái tạo, nhưng hầu hết diesel sinh học được sản xuất ngày nay đều không bền vững và thậm chí không thể tái tạo được. Dầu diesel sinh học thế hệ đầu tiên thường được sản xuất từ các nguồn trồng đơn canh như hạt cải, dầu ngô, đậu nành, mía và dầu cọ. Mặc dù các loại cây trồng làm nguyên liệu này theo định nghĩa là có thể tái tạo nhưng việc sản xuất chúng lại gây ra chi phí môi trường cao như nạn phá rừng, suy thoái đất và ô nhiễm chất dinh dưỡng.
Do dầu diesel sinh học hiện cung cấp ít hơn 1% nhu cầu nhiên liệu vận tải, việc tăng mạnh sản lượng dầu diesel sinh học từ các nguồn thế hệ đầu tiên để thay thế dầu diesel sẽ tàn phá môi trường. Nó cũng phải trả giá bằng việc thay thế đất nông nghiệp có giá trị cần thiết để nuôi sống dân số thế giới đang ngày càng tăng.
Việc chặt phá rừng nhiệt đới để sản xuất dầu diesel sinh học tái tạo khó có thể được coi là bền vững.
Hình ảnh Vaara / Getty
Mặc dù chưa có ở quy mô thương mại nhưng vi tảo ngày càng được coi là nguồn diesel sinh học bền vững và có thể tái tạo. Tảo cực nhỏ có tác động môi trường thấp hơn, không phát triển trên đất canh tác, không dẫn đến suy thoái đất và không cạnh tranh với việc sản xuất dầu và chất béo ăn được.
Vi tảo cần ít không gian hơn để tạo ra lượng năng lượng tương đương với cây trồng. Vi tảo là những sinh vật có lượng carbon âm, hấp thụ gần gấp đôi lượng carbon dioxide từ khí quyển khi chúng tạo ra dưới dạng sinh khối.
Việc sản xuất dầu diesel từ tảo cũng có những lợi ích phụ, bao gồm tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị như phân bón sinh học và hấp thụ ô nhiễm chất dinh dưỡng trong nước thải tạo ra tảo nở hoa.
Lợi ích của dầu diesel sinh học
Nhiều nghiên cứu cho thấy tính ưu việt về môi trường của dầu diesel sinh học so với dầu diesel. Nhìn chung, tỷ lệ dầu diesel sinh học trong hỗn hợp dầu diesel càng cao thì nhiên liệu càng sạch.
Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, hỗn hợp B20 có thể giảm tới 15% lượng khí thải nhà kính từ động cơ diesel. Một phân tích vòng đời phát thải diesel sinh học—có tính đến tất cả các khía cạnh của quá trình sản xuất và tiêu thụ nhiên liệu—cho thấy rằng diesel sinh học có thể giảm lượng phát thải khí nhà kính từ 40% xuống 69% so với dầu diesel, tùy thuộc vào nguồn sinh khối của dầu diesel sinh học . Việc sản xuất dầu diesel sinh học từ các nguồn tái chế như dầu ăn đã qua sử dụng thậm chí còn đạt được mức giảm thậm chí còn cao hơn tới 86%.
Hạn chế của diesel sinh học
Diesel sinh học thường ít tiết kiệm năng lượng hơn các dạng diesel khác, tạo ra hiệu suất động cơ thấp hơn – một trong những điểm thu hút chính của diesel so với xăng. Trong dầu diesel sinh học có nguồn gốc từ tảo, khi tỷ lệ dầu diesel sinh học trong hỗn hợp dầu diesel tăng lên, nhiên liệu sẽ khó bắt lửa hơn, tạo ra “độ trễ đánh lửa” và làm giảm mô-men xoắn của động cơ.
Khi xem xét năng lượng cần thiết để sản xuất dầu diesel sinh học, lợi tức đầu tư năng lượng (EROI) thấp; khi sử dụng một số nguồn sinh khối, nó thậm chí có thể mang lại lợi ích năng lượng tối thiểu. Sản xuất dầu diesel sinh học từ hạt cải dầu/cải dầu có thể có EROI gần như không cao hơn một, nghĩa là cần gần một lượng năng lượng tương đương để tạo ra năng lượng cần thiết cho quá trình này. Ở một số vùng cần nhiều phân bón hơn để trồng trọt hoặc nơi các biện pháp canh tác kém hiệu quả hơn, EROI của hạt cải dầu/cải dầu thậm chí có thể âm.
Một số công nghệ đã tồn tại để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất và tiêu thụ dầu diesel sinh học, nhưng chúng vẫn chưa đạt được hiệu quả của dầu diesel và khiến sản phẩm trở nên đắt hơn.
Triển vọng của Diesel sinh học
Hai thập kỷ trước, Greenpeace đã tặng miễn phí dầu diesel sinh học. Ngày nay, nó phản đối hoàn toàn động cơ diesel.
Hình ảnh Sion Touhig / Getty
Xe điện là giải pháp thay thế ưu việt cho động cơ diesel (và xăng) về lượng khí thải trong vòng đời của chúng. Tuy nhiên, việc chuyển sang sử dụng các phương tiện không phát thải sẽ không diễn ra trong một sớm một chiều, vì ô tô và xe tải hạng nhẹ phải lưu thông trên đường trung bình 12,1 năm. Việc bổ sung dầu diesel sinh học vào dầu diesel có thể mang lại lựa chọn ngắn hạn, ít phát thải hơn cho các phương tiện vẫn đang hoạt động, nhưng “lượng khí thải thấp hơn” không có nghĩa là “không phát thải” và thời gian để mở rộng việc sử dụng “nhiên liệu cầu” ngắn hạn ” đang đóng cửa nhanh chóng.
Sản xuất diesel sinh học hiện nay đắt hơn so với dầu diesel và đòi hỏi nguồn tài chính từ tư nhân và công cộng để biến nó thành nhiên liệu vận chuyển thay thế khả thi. Trong bối cảnh nhu cầu cấp thiết phải giảm lượng khí thải, Liên minh Châu Âu và nhiều bang của Mỹ đã cấm bán ô tô chạy bằng xăng và dầu diesel mới vào năm 2035, trong khi các nhóm môi trường như Greenpeace kêu gọi lệnh cấm bắt đầu sớm hơn. Đối mặt với thị trường dầu diesel sinh học dùng trong giao thông vận tải ngày càng hạn chế, đầu tư phát triển công nghệ có thể sẽ cạn kiệt.