Tin tức

NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA SINH KHỐI

Phần lớn năng lượng sinh khối là lấy từ các vật liệu sinh học như: cây cối, rơm rạ, bã mía, bã đậu nành và các sản phẩm nông nghiệp khác. Nguồn năng lượng này đã được sử dụng từ thời kỳ cổ đại, ngay từ khi con người phát hiện ra lửa.

1. Sự ra đời của năng lượng sinh khối

Theo sự phát triển của nền văn minh nhân loại, việc tìm thấy năng lượng từ các tài nguyên hóa thạch là cuộc cách mạng công nghiệp mở đầu cho những bước tiến lớn của thế giới sau này. Năng lượng hóa thạch trở thành một điều tất yếu không thể thiếu trong sản xuất. Cho đến khi con người phải đối mặt với những biến đổi của môi trường và sự cạn kiệt dần của các nguồn tài nguyên thì năng lượng sinh khối quay trở lại và được xem như một giải pháp mới, một nguồn năng lượng hiện đại cho sự bền vững của tương lai.

bien-doi-khi-hau.webp

Thực tế, “Sinh khối có trước con người”, lịch sử của sinh khối đã bắt đầu từ thời cổ xưa, suốt tiến trình phát triển của nhân loại, năng lượng sinh khối vẫn hiện diện trong mọi mặt của đời sống xã hội, thậm chí trên hành trình theo đuổi nguồn năng lượng sạch, sinh khối và năng lượng sinh học còn đóng vai trò nền tảng, chiếm 98% năng lượng tái tạo được con người sử dụng từ trước đến nay.

Sinh khối hoàn toàn không phải là một dạng năng lượng thay thế mới được phát hiện trong những năm gần đây. Sinh khối đã có từ rất lâu trước khi con người xuất hiện trên trái đất và khi con người sinh sống trên thế giới, họ bắt đầu sử dụng sinh khối để làm năng lượng. Cũng có rất nhiều bằng chứng bằng chứng cho thấy rằng sinh khối đã được sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng từ 230.000 đến 1,5 triệu năm trước.

lich-su-sinh-khoi.webp

2. Các giai đoạn phát triển của năng lượng sinh khối

2.1 Thời cổ đại

Hình thức sử dụng sinh khối đầu tiên làm nguồn năng lượng là dùng lửa để đốt. Con người đã khai thác các sản phẩm từ sinh khối qua việc dùng cành cây, cỏ khô, củi để đốt lửa sưởi ấm, soi sáng, đuổi thú dữ hay làm chín thức ăn.

sinh-khoi-thoi-tien-su.webp

Từ thời kỳ cổ đại, năng lượng sinh khối đã được sử dụng chủ yếu để cung cấp nhiệt sưởi ấm và nấu nướng. Trong các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Babylon, Hy Lạp, con người dùng rơm đốt lửa cho các lò nung gốm sứ và đốt gỗ để sản xuất thép. Lịch sử năng lượng sinh khối đã thay đổi vào những năm 1800.

2.2 Thế kỷ XIX

Trong thời kỳ đầu của Cách mạng Công nghiệp, sinh khối vẫn là nguồn năng lượng chính để cung cấp nhiệt cho con người. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghiệp và nhu cầu tăng cao về năng lượng, tài nguyên hóa thạch đã trở thành nguồn năng lượng chính trong hầu hết các quốc gia. Năng lượng sinh khối trong giai đoạn này được ứng dụng hiện đại hơn so với việc đốt cháy.

Ethanol

- Trong thực tế, ethanol tự nhiên đã được biết đến và sử dụng từ rất lâu trước khi các phương pháp tổng hợp nhân tạo được phát triển. Ethanol tự nhiên thường được sản xuất thông qua quá trình lên men đường hoặc các loại ngũ cốc. Mặc dù nghệ thuật chưng cất rượu đã phát triển vào thế kỷ 12. Mãi đến những năm đầu của thế kỷ 19, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu về quá trình lên men để chuyển đổi tài nguyên sinh học thành ethanol.

- 1826: Samuel Morey phát minh ra động cơ đốt trong, có thể chạy bằng ethanol và nhựa thông. Động cơ này cung cấp năng lượng cho một chiếc thuyền nhỏ đi ngược dòng sông ở Mỹ.

- 1857: Nhà hóa học người Pháp Louis Pasteur phát hiện ra quá trình lên men, con đường chính để sản xuất ethanol.

- Từ đó, công nghệ sản xuất ethanol sinh học đã trải qua nhiều nghiên cứu phát triển, ethanol đã được sử dụng để nấu ăn và thắp sáng và trở thành một phần quan trọng của ngành công nghiệp năng lượng tái tạo ngày nay.

phuong-phap-len-men-ethanol.webp

Dầu sinh học (dầu thực vật và dầu cá)

- Khi con người bắt đầu khám phá khả năng của ethanol như một nguồn năng lượng thay thế, họ cũng xem xét sử dụng dầu thực vật và dầu cá để sưởi ấm và thắp sáng. Nhiều nền văn minh cổ xưa như Ai Cập và người Sumer đã sử dụng các loại dầu thực vật và động vật để tạo ra nhiệt và ánh sáng.

- Dầu thực vật, chủ yếu được chiết xuất từ các loại cây như hạt cọ, hạt hướng dương và hạt lúa mạch, đã được sử dụng từ thời kỳ cổ đại để nấu ăn và sản xuất mỹ phẩm. Trong khi đó, dầu cá, được chiết xuất từ cá hoặc các loại hải sản khác, cũng đã được sử dụng từ rất sớm như là một nguồn năng lượng dự trữ dựa trên hiệu quả của nó trong việc tạo ra nhiệt và ánh sáng khi đốt cháy. Cả hai loại dầu này đã đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các nền văn minh cổ đại, và sau đó tiếp tục phát triển và trở thành một phần không thể thiếu của ngành công nghiệp năng lượng hiện đại.

san-xuat-dau-sinh-hoc-th-ky-19.webp

Nhựa thông

- Nhựa thông là nguồn tài nguyên tái tạo quý giá từ những năm 1700 đến những năm 1960. Trước dầu mỏ, nhựa thông đã đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế và sự cạnh tranh giữa các quốc gia.

- Ở dạng thô, nhựa thông được sử dụng trong quá trình đóng tàu. Khi chưng cất, nhựa thông tạo ra một số hóa chất cực kỳ có giá trị vào thời điểm đó.

- Nhựa thông cũng được sử dụng rộng rãi làm nguồn năng lượng thay thế cho dầu đèn. Trước khi dầu mỏ trở nên phổ biến, dầu đèn từ nhựa thông là nguồn sáng chính, giúp cải thiện điều kiện sống và làm việc trong đêm tối.

nhua-thong-the-ky-19.webp

2.3 Thế kỷ XX

Vào thế kỷ XX, năng lượng sinh khối đã phát triển đáng kể trong việc cung cấp năng lượng cho người dân. Đầu tiên, các nhà máy điện đã sử dụng năng lượng sinh khối để sản xuất điện. Sau đó, các ứng dụng khác của năng lượng sinh khối đã được tìm thấy, bao gồm sản xuất nhiên liệu sinh học, sản xuất xăng sinh học, sản xuất khí đốt sinh học, sản xuất điện từ năng lượng mặt trời và gió kết hợp với năng lượng sinh khối.

nang-luong-tai-tao-the-ky-20.webp

Đầu những năm 1900, một bước ngoặt đáng chú ý trong lịch sử năng lượng sinh học đã xảy ra khi nhiên liệu sinh khối trở lại phổ biến. Sự trỗi dậy của ngành công nghiệp ô tô và tác động của chiến tranh đã tạo ra sự khan hiếm tài nguyên, khiến các nhà sản xuất ô tô phải tái sử dụng năng lượng sinh học. Chiếc xe chạy hoàn toàn bằng ethanol được sản xuất đầu tiên là chiếc Fiat 147, được giới thiệu vào năm 1978 tại Brazil bởi hãng Fiat.

xe-fiat-147-chay-xang-sinh-hoc.webp

Các dự án năng lượng tái tạo vào thời điểm đó có rất nhiều tiềm năng. Tuy nhiên, thương mại hóa và khai thác quy mô lớn đã đưa than và dầu thô lên hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng. Nhiên liệu hóa thạch được lựa chọn ở hầu hết các nước và giữ vị trí hàng đầu về tiêu thụ năng lượng cho đến những năm 1970.

Căng thẳng địa chính trị những năm 1970 đã gây ra cuộc khủng hoảng nhiên liệu, khiến Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC) phải giảm xuất khẩu dầu. Cuộc khủng hoảng này đã thúc đẩy việc khám phá rộng rãi các giải pháp năng lượng tái tạo thay thế. Những tiến bộ trong lĩnh vực năng lượng xanh đã được ứng dụng, bao gồm: công nghệ tấm pin mặt trời, nhà máy điện địa nhiệt, trang trại gió ngoài khơi và thủy điện. Ở giai đoạn này, các nhà khoa học đã áp dụng cách tiếp cận có hệ thống đối với các vấn đề năng lượng và đưa thuật ngữ “sinh khối” vào từ điển.

thuat-ngu-biomass.webp

Theo thời gian, một số mối lo ngại về môi trường và biến đổi khí hậu có liên quan đến ô nhiễm nhiên liệu hóa thạch trở nên cấp thiết, tầm quan trọng của năng lượng sinh học ngày càng gia tăng.

3. Năng lượng sinh khối trong thế giới hiện đại

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng trên thế giới hiện nay. Thực tế, năng lượng sinh khối đóng góp 6% nguồn cung năng lượng toàn cầu trong tất cả các lĩnh vực, cao gấp 5 lần so với năng lượng gió và năng lượng mặt trời cộng lại. Nguồn tài nguyên sinh khối trên hành tinh xanh được đánh giá với các thông số sau:

  • Tổng khối lượng vật chất sống (bao gồm cả độ ẩm): 2.000 tỷ tấn
  • Tổng khối lượng thực vật trên đất liền: 1.800 tỷ tấn
  • Tổng khối lượng rừng: 1.600 tỷ tấn
  • Lượng năng lượng được lưu trữ bởi sinh khối trên mặt đất: 25.000 EJ
  • Tăng trưởng sinh khối toàn cầu hàng năm: 400 tỷ tấn/năm
  • Lưu trữ năng lượng của sinh khối trên mặt đất: 3000 EJ/năm (tương đương với 95 TW)
  • Tổng mức tiêu thụ của tất cả các loại năng lượng: 400 EJ/năm (tương đương 12 TW)
  • Tiêu thụ năng lượng sinh khối: 55 EJ/năm (1,7 TW)

Như vậy, về tiềm năng của sinh khối, chỉ riêng lượng sinh khối được tái tạo hàng năm đã gấp hàng chục lần tổng sản lượng khai thác của nhiên liệu hóa thạch. Công nghệ hiện tại mới chỉ cho phép sử dụng hơn 1,8% sinh khối được tái tạo.

tru-luong-sinh-khoi.webp

Sản lượng sinh khối hàng năm của thế giới từ sự phát triển của thực vật hoang dã ước tính vào khoảng 146 tỷ tấn. Sinh khối chiếm 35% mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp ở các nước đang phát triển, chiếm 14% tổng mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp của thế giới.

Tổng nguồn cung sinh khối toàn cầu từ nông nghiệp và lâm nghiệp ước tính khoảng 11,9 tỷ tấn chất khô hàng năm, trong đó 61% được sản xuất từ nông nghiệp và 39% từ lâm nghiệp, tỷ trọng ứng dụng vào các lĩnh vực:

  • 55% sinh khối được sử dụng cho thức ăn chăn nuôi và các sản xuất thực phẩm
  • 27% để sản xuất năng lượng sinh học
  • 8% để sản xuất vật liệu sinh học
  • 10% thất thoát năng lượng

sinh-khoi-tu-nong-lam-nghiep.webp

Theo quá trình phát triển của kinh tế, xã hội, các loại máy móc và thiết bị điện ra đời đã và đang góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất, tiết kiệm sức lao động của con người. Để những máy móc này hoạt động hiệu quả thì điện năng là yếu tố không thể thiếu. Tầm quan trọng của điện năng vẫn ngày càng tăng lên, tạo đà cho sự phát triển của điện sinh khối. Mỹ là nước sản xuất điện sinh khối lớn nhất thế giới với hàng trăm nhà máy điện sinh học, sản xuất hàng ngàn MW điện mỗi năm. Năng lượng sinh khối có thời điểm ước chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lượng tái tạo.

nha-may-dien-sinh-khoi.webp

4. Vai trò đầy hứa hẹn của sinh khối trong bối cảnh năng lượng tương lai

4.1 Nguồn năng lượng sạch hướng tới Net Zero

Đứng trước những cảnh báo về sự nguy hiểm của biến đổi khí hậu, vấn đề cấp bách nhất của thời đại, chính phủ các nước đã cùng nhau tham gia một hiệp ước mang tính ràng buộc về mặt pháp lý, nhằm kiềm chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5 độ C, trong khuôn khổ Hội nghị Liên Hợp quốc về Biến đổi Khí hậu 2015 (COP21) tại Paris.

Thực hiện Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, tại Hội nghị các bên tham gia Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (COP26), một liên minh gồm ngày càng nhiều quốc gia, thành phố, doanh nghiệp và các tổ chức, bao gồm cả những nước gây ô nhiễm nhất thế giới như Trung Quốc, Mỹ và Liên minh châu Âu đã đặt ra mục tiêu giảm 45% lượng khí thải toàn cầu vào năm 2030 và đạt net-zero vào năm 2050.

muc-tieu-net-zero-2050.webp

Xu thế chuyển đổi xanh, mà trọng tâm là chuyển dịch năng lượng hóa thạch sang các dạng năng lượng tái tạo đang là cuộc chạy đua quyết liệt giữa các nước, nhằm hướng tới mục tiêu Net Zero. Trong tương lai, sinh khối được dự đoán sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn năng lượng bền vững, dù sản xuất điện, nhiệt hay nhiên liệu cho giao thông vận tải, tính trung hòa carbon của sinh khối đều mang lại nhiều tiềm năng.

Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA), đóng góp của năng lượng sinh khối vào nhu cầu năng lượng và nguyên liệu thô sẽ tăng gấp ba lần tới năm 2030. Sinh khối cung cấp 17% tổng mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng vào năm 2050 cho tất cả các lĩnh vực.

4.2 Những thách thức cho sự bền vững của sinh khối

an-ninh-nang-luong.webp

Tuy nhiên, để năng lượng sinh khối trở thành nguồn năng lượng tái tạo bền vững, nó phải được quản lý một cách bền vững. Các quốc gia cần thiết lập một khung pháp lý toàn diện và tích hợp trong việc sản xuất và tiêu thụ sinh khối. Các quy định phải được thiết kế cẩn thận để thúc đẩy tính bền vững và giảm thiểu các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.

Cần chuẩn bị sẵn sẵn các giải pháp thiết thực, khả thi, cụ thể cao theo từng bối cảnh khu vực, vị trí địa lý, điều kiện xã hội cũng như năng lực chính trị và pháp lý của địa phương cho những kịch bản bất lợi có thể xảy ra: cạnh tranh đất đai, khí thải do thay đổi mục đích sử dụng đất, phá rừng, mất đa dạng sinh học và ô nhiễm không khí.

Bên cạnh đó, cũng cần xây dựng các chính sách phù hợp, có mục tiêu rõ ràng, chiến lược dài hạn để khuyến khích đầu tư tài chính, cơ sở hạ tầng, hỗ trợ nghiên cứu, ứng dụng công nghệ vào các dự án phát triển năng lượng sinh khối trong tương lai.

Theo dõi Thuận Hải

0395 69 79 89