NHŨNG BẤT ĐÔNG Ý KIỀN GIỮA CÁC KHOA HỌC GIA HOA KỲ VỀ VIỆC      
    CHẾ TẠO CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI THAY THẾ DẦU HOẢ

 Trong khi các quốc gia trên thế giới đang thực hiện những  chương trình phát triển và chế  tạo những nguồn năng lượng khác thay thế dầu hoả thì tại Hoa Kỳ các khoa học gia vẫn còn những bất đồng ý kiến trong chương trình phát triển và sản xuất ethanol để thay thế dầu hoả.  Hiện nay hai quốc gia có diện tích trồng trọt lớn trên thế giới là Hoa Kỳ và Ba Tây dẫn đầu về việc sản xuất ethanol.  Ba Tây với một diên tích lớn bằng 48 tiểu bang Mỹ hợp lại thì phát triển trồng mía để chế ethanol. Với chương trình phát trịển  trồng mía được thi hành đã hơn 30 năm, Ba Tây hy vọng sẽ có thể sản xuất ethanol cung cấp cho thế giới. Hoa Kỳ đang tiến hành một cách tốt đẹp việc phát triển trồng bắp (corn based ethanol) và nghiên cứu khả năng của  các loài cây cỏ (cellulosic ethanol) để sản xuất ra nguồn năng lượng sinh học. Một loại cỏ có nhiều triển vọng dùng để chế ra cellulosic ethanol là swithgrass đã được South Dakota State University khảo cứu từ hai thập niên qua.

Trong phạm vi bài này chúng ta hãy tìm hiểu những ý kiến khác biệt giữa David Pimental, môt nhà côn trùng học, và cũng là giáo sư nông học tại đại học Cornell và Bruce E.Dale một giáo sư hoá học tại Michigan State  University. Trong khi Dale lạc quan tin rằng năng lương sinh ra do sự đốt cháy ethanol có thể thay thế dầu hoả và than đá cũng như giảm đi CO2 trong bầu khí quyển thì Pimentel lại nghi ngờ cho rằng năng lượng sinh học đã gây ra tình trạng xấu cho kinh tế và môi trường đồng thời gây ra tình trạng thiếu thực phẩm cho thế giới và  gía sản xuất rất cao.

David Pimental đưa ra nhiều lập luận để phản đối việc chế tạo nguồn năng luơng sinh học. Hàng nhiều triệu năm cây xanh đã góp phần vào việc cấu tạo đất đai. Năm 1850 rừng cây đã cung cấp 91% năng lượng cho Hoa Kỳ dùng cho dân số lúc đó chỉ bằng 10% dân số 310  triệu hiện tại vì thế bây giờ nạn thiếu gỗ đã sảy ra. Hiện nay dân số Hoa Kỳ chỉ chiếm 4.5% tổng số dân trên thế giới nhưng là một quốc gia tiêu thụ dầu hỏa nhiều nhất tính trên đầu người.  Hơn 90% mỏ dầu của Hoa Kỳ đã được khai thác và hàng năm phải nhập cảng 63% số lượng dầu dùng cho nội địa với chi phí hơn 200 tỷ dollars.

Để giảm đi lượng tiêu thụ dầu hỏa nếu ethanol chế ra từ bắp được dùng như một nguồn năng lượng thay thế thì phải cần một diện tích đất phì nhiêu rất lớn, lượng nước tưới rất nhiều và ánh sáng cho việc tạo cây xanh.  Nếu dùng 20% sản lượng bắp để chế ra ethanol trong 2006 thì chỉ có thể thay thế 1% số lượng dầu hỏa tiêu thụ và nếu dùng hết sản lượng bắp trong xứ để chế ethanol thì chỉ thay thế được 7%  số lượng tiêu thụ dầu hỏa.  Nói khác đì Hoa Kỳ vẫn phải cần nhập cảng dầu hỏa từ các quốc gia sản xuất dầu.

Pimental căn cứ vào 14  tài liệu về sản xuất ethanol từ bắp và 9 tài liệu về lên men và tinh lọc  đã xác nhận rằng  năng lương  biến chế từ hạt bắp ra 1 gallon ethanol còn cao hơn 40% năng lượng của chính ethanol khi đốt cháy. Đó là chưa kể năng lượng cần thiết để sản xuất bắp và thu hoạch hạt bắp, nặng lượng bảo trì máy móc, sửa soạn đất, tưới, gặt hái và biến chế . Vì bỏ xót những năng lượng trước khi có được hạt bắp nên nguời ta cho rằng ethanol chế ra từ bắp cho ra một nguồn năng luợng thay thế dầu hỏa. (a positive energy return). Như vậy corn based ethanol là môt lưạ chọn kém hữu hiệu nếu dùng làm năng lượng thay thế dầu hỏa.

Viêc chế ethanol từ bắp ảnh huởng trầm trọng đến môi trường. Một số lượng quan trọng carbon dioxide  thải vào khí quyển do năng lượng dầu hay than đá dùng trong việc biến chế.  Ngoài ra trong tiến trình lên men rượu, carbon từ glucose sẽ thải vào vùng khí quyển.  Như vậy cũng không ngăn ngừa được việc gia tăng nhiệt độ của trái đất do green house effect.   Hơn nữa muốn sản xuất ra 1 gallon ethanol phải cần1,700 gallons nước, phần lớn để tưới cây bắp như vậy 12 gal chất rác dơ bẩn (noxious sewage) sẽ  thải vào môi trường  chung quanh.

Trên phương diện nhân bản thì viêc dùng thực phẩm chế ethanol gây tình trạng thiếu thực phẩm cho thế giới.  Có hơn 3.7 tỷ người trên thế giới thiếu dinh dưỡng nên không thê dùng ngũ cốc để sản xuất ethanol. Hơn nữa, đất đai, nước, năng lượng phải dùng để sản xuất thực phẩm cho nhân loại chứ không thể dùng cho việc sản xuất năng lượng.  Nếu dùng bắp để chế ethanol thì thiếu thực phẩm nuôi gia súc làm giá cả thịt bò, heo, gà, sữa, trứng sẽ gia tăng.

Nếu dùng các loại cỏ để chế cellulosic ethanol thì 600 triệu acres đồng cỏ tại Hoa Kỳ bị xử dụng.  Muốn chế 100 gal cellolusic ethanol thì cần 1 acre đất , như vậy nếu dùng hết đồng cỏ trong nước cho việc chế tạo năng lượng sinh hoá thì chỉ đạt được 10% năng luợng thay thế dầu hỏa.  Hơn nữa biến chế ethanol từ cỏ đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với bắp vì cỏ chỉ có 50% glucose so với bắp và giai đoạn lên men cũng đòi hỏi năng lượng. Như vậy các chuyên gia tính và ước lượng phải cần thêm 50% năng luợng nếu dùng cỏ để chế ethanol. Ngoài ra một vấn đề quan trọng nữa là 100 triệu bò, 7 triệu cừu, 4 triệu ngựa không có cỏ  ăn.

Pimental   không dồng ý với Dr Dale cho rằng chế tạo năng lượng sinh học chỉ cần so sánh với dầu hỏa thôi không nên bao gồm những nguồn năng lượng khác như khí đốt thiên nhíên. Điều này không đúng với khoa học vì khí đốt thiện nhìên là nguyên liệu chính dùng chế phân đạm rất cần thiết cho bắp để có được năng xuất cao. Phải cần 150 lbs phân đạm mới  thu hoach được 8,700 lbs bắp cho 1 acre, nếu không thì chỉ thu hoạch được 1,600 lbs mà thôi.  Hơn nữa  phải cần ½ gallon dầu hỏa cần thiết để sản xuất ra 1 kg phân đạm.

Hoa Kỳ đang phải nhập cảng khí đốt thiên nhiên vì số cung trong nước đã giảm xuống. Ngoài ra  50% số lượng phân đạm cần cho canh tác cũng phải nhập cảng vì không đủ khí đốt thiên nhiên để chế biến. Phúc trình nghiên cứu của Kenneth Mulder, giáo sư môn sinh học của Green Mountain College Vermont và Nathan Hagens sinh viên cao học của University of Vermont cho biết nếu Hoa Kỳ thay thế 30% dầu hoả bằng ethanol chế từ bắp thì sẽ phải cần môt số luơng khí dốt thiên nhiên tương đương dùng để sưởi ấm hàng năm cho dân chúng.

Khi tính năng lượng cần thiết để chế ethanol từ bắp thì phảỉ cần bao gồm năng lương dùng để chạy các loại nông cơ, cũng như năng lượng cần cho việc lai giống và dẫn thủy nhập điền.

 Dr Dale đã bỏ sót CO2 sinh ra do năng lượng cần dùng để chế tao phân bón, xử dụng nông cơ, lai giống, dẫn thủy và di chuyển nhân công. Như vậy phải cần thêm 40% nguồn năng lượng  địa tầng (fossil energy) để cho ra 1 gallon ethanol.  Nói khác đi phải cần 1.4 gallon dầu hoả mới sản xuất đựơc 1 gallon ethanol.  Ngoài số lượng CO2 do sự đốt cháy dầu hoả cần cho việc sản xuất bắp còn phải tính thêm số lương CO2 do lên men và phản ứng thủy phân. Tổng số CO2 này sẽ góp phần vào nguyên nhân làm trái đất nóng hơn.

Nếu dùng cỏ, lá cây hay thực vật khác chế biến ra cellulosic ethanol thì cũng đòi hỏi đất đai và năng lương từ dầu hỏa hay than đá. Phương pháp chế biến còn phức tạp nhiều hơn so với bắp.  Lượng đuờng và starch trong cỏ và lá cây chỉ bằng nửa luợng đường có trong bắp. Vì thế phải cần gấp đôi khối lượng cỏ so với bắp để chế ra cùng một lượng ethanol.  Hơn nữa phải dùng acid và enzyme để hoà tan lignin trong cellulose mới có thể cho ra glucose.  Như vậy phải cần thêm năng lượng và do đó giá sản xuất sẽ lên cao. Các chuyên viên ước lượng phải cần 1.5 gallon dầu hỏa để sản xuất ra 1.5 gallon ethanol.

Năm 2006, Hoa Kỳ đã dùng 20% sản lượng bắp thu hoạch trong nước để sản xuất ra 5 billion  gal ethanol  nhưng chỉ có thể  thay thế 1% dầu hỏa.  Nếu dùng hết sản luợng bắp cũng chỉ có thể sản xuất  ethanol thay thế 7% dầu hỏa. Như vậy cũng không giúp cho Hoa Kỳ độc lập về năng lượng được.

Nói tóm lại việc chế tạo năng lương ethanol rất tốn kém và không là giảm đưoc CO2 trong bầu khí quyển.  Một diện tích lớn đất đai cần dùng với số lượng nước lớn lao cần thiết và gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng. Hơn nữa việc sản xuất năng lượng sinh học sẽ tốn nhiên liệu dầu hỏa.

Bruce Dale cho rằng Dr Pimental đã sai lầm trong cách lý luận và đưa ra những con số không đúng để hướng dẫn sai lạc công luận về việc tạo năng lượng ethanol thay thế dầu hỏa. Trái lại với những bi quan của nhà côn trùng học Pimental, Dale tin tưởng rằng viêc chế ethanol từ thực vật không những sẽ thu hoạch được một số lượng ethanol rất lớn mà còn tốt cho môi trưòng xung quanh, mở mang kinh tế nông thôn và gia tăng thực phẩm cho thế giới.

Pimental đã căn cứ vào 14 tờ trình về năng lượng về sản xuất ethanol để đưa tới một  kết luận bi quan.  Ngay cả  nếu dùng 14,000 tờ trình để phân tích thì cũng vô nghĩa ví 1 megajoule của than không thể tương đương vớí 1 megajoule  của dầu hoả.  Sự phân tích của Pimental về năng lượng thưc sự (net energy) qúa đơn giản cũng giống như  làm một tính cộng 10 US dollars với 10 Mexican  pesos và 10 Indian rupees để thành $30. Những nguồn năng lượng khác nhau và tiền tệ khác nhau không có giá trị như nhau nên không thể cộng chung như Pimentel đã làm.

Thật là sai lầm khi nói rằng sản xuất ethanol cần nhiều nước.  Thực ra sản xuất gasoline phải  cần một  số lượng nước nhiều  gấp 10 lần hơn so với lượng nước cần  để sản xuất  ethanol bằng thực vật. Muốn sản xuất 1 kg chất khô thì phải cần 200 kg nước. Cây cối hấp thụ nước từ mưa và tuyết được tinh lọc qua tiến trinh sinh lý cây rồi nước được hoàn trả lại thiên nhiên và lại được rơì xuống bằng mưa và tuyết. Nhưng phẩm tính cuả nước không bao gìờ được cải thiện khi dùng cho tiếp xúc với dầu hoả sẽ làm cho môi truờng bị ô nhiễm.

Nếu nói rằng nước thải ra khi sản xuất ethanol chứa nhiều CO2 và rác rến làm soi mòn đất đai thì không đúng vì việc thải nước phải tuân theo qui định của địa phương.  Nhờ kỹ thuật cải tiến mà bây giờ  sự soi mòn đất đai  đã giảm đi 50%.

Thực ra không mấy ai biết đươc rằng việc chế tạo ethanol đã đem lại thêm một năng lượng rất lớn ngoài việc thu hoach ethanol. Chất thải bã sau biến chế được ethanol có thể dùng đốt cháy chế tạo năng lượng điện dùng cho nhà máy chế cellulosic ethanol. Cỏ đa niên rất hữu dụng  để biến chế cellulosic ethanol và  có thể thu hoạch  để chế ra 500 gal cho 1 acre và  lên đến 1,500 gal trong tương lai theo kế hoạch  thập niên  phát triển nhưng Dr Pimental nói chỉ có thể sản xuất được 100 gal cho mỗi acre là không đúng với sự thật. Trồng cỏ đa niên sẽ làm cho đất tốt hơn và cỏ sẽ giữ được CO2 và nitrous oxide trong các tế bào không cho thoát ra vùng khí quyển.

Hiện nay các quốc gia tân tiến trong đó có Hoa Kỳ không phải dùng đất canh tác để sản xuất thực phẩm cho người.  Với 90% đất đai của 650 triệu acres được canh tác hiện nay trồng hoa màu và cỏ là để nuôi bò thịt và bò sữa là hai nguồn thực phẩm lớn cuả dân chúng.  Cỏ sau khi chế ra cellulosic ethanol có thể dùng làm thức ăn cho bò thịt và bò sữa thật là nhất cử lưỡng tiện.  Như thế nhân loại vẫn đầy đủ thức ăn và có thêm năng lượng từ ethanol .  Giá thực phẩm sẽ rẻ hơn vì thức ăn gia súc dư thừa. Việc đồng sản xuất (coproduction) thức ăn gia súc và nhiên liệu sẽ giảm được diện tích dất cần thiết để nuôi gia súc và sản xuất ethanol. Như vậy sẽ không cần phải khai khẩn thêm đất mới nữa.

Dale cho rằng muốn sản xuất ra 1MJ xăng phải cần1.1 MJ dầu hỏa trong khi chỉ cần 0.04 MJ dầu hỏa để tạo ra 1 MJ  ethanol từ bắp. Như vây số lương dầu đã giảm đi 96% tính theo công thức (0.04-1.1)/ 1.1  và nhân 100. Ethanol từ bắp cải thiện gas mileage theo hệ số 26.5 tính theo công thức (1.1-0.04)/0.04.   Như vậy nếu dùng ethanol sẽ đạt được 800 miles/ gallon dầu hoả ( 26.5x 30),  so vơí số trung bình 30mpg cho một xe hơi.

Theo sư tính toán cuả các chuyên viên năng lượng thì greenhouse gas giảm đáng kể, nếu so với ethanol chế từ bắp là 18%, (77-94) và x 100, nhưng với cellulosic ethanol chế ra từ cây cỏ thì sẽ giảm  được môt số luơng nhiều hơn 88%. Lý do hai phương pháp trồng trọt và biến chế khác nhau cho mỗi loại năng lượng.

Kỹ thuật biến chế ethanol từ bắp đã được cải thiện cho nên không còn cần dùng nhiều năng lương  từ dầu hỏa hay than đá để biến chế nữa. Những enzyme cũng được dùng đã làm giảm số lương năng lượng cần thiết trong giai đoạn chế biến. Hiện nay kỹ thuật điều chế cellolusic ethanol đã  được cải thiện rất nhanh. Ngược lại việc khai thác và biến chế dầu hỏa càng đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Lý do phẩm chất dầu hoả càng ngay càng kém vì có độ nhớt cao hơn và nhiều sulfure tại độ sâu. Hơn nữa các giếng dầu mới tìm thấy ở vùng nước sâu như vùng vịnh Mễ Tây Cơ, với điều kiện  khí hậu khắc nghiệt và phải  bơm dầu từ độ sâu khó khăn  nên việc khai thác rất tốn kém.   

 Ethanol  chế ra từ các hạt ngũ cốc và mía không chiếm qúa 10% cho nhu cầu chạy đông cơ tại Hoa Kỳ nên không ảnh hưởng nhiều đến thực phẩm cho người và gia súc. Ba Tây hiện nay sản xuất ethanol từ mía dùng ít năng lượng hơn so sánh với việc sản xuất dầu xăng.  Cellulosic ethanol chế ra từ cây cỏ trong tương lai sẽ cung cấp hàng trăm tỷ gallons chất đốt lỏng  với giá rẻ dưới $1.50 per gallon. Như vậy giá thực phẩm sẽ không tăng như Pimental nói trái lại sẽ giảm xuống hơn nữa vì phí tổn chuyên chở thực phẩm đến nơi tiêu thụ bằng động cơ ethanol rẻ hơn. Các nhà máy sản xuất ethanol thành lập ngay tại diạ phương, nông thôn nơi trồng trọt để sản xuất nguyên liệu biến chế làm đời sống của nông dân thịnh vượng hơn.

Mặc dầu những bất đồng ý kiến giữa các khoa học gia nhưng chương trình phát triển những nguồn năng lượng mới để thay thế dầu hỏa đã và đang được tiến hành tốt đẹp. Tháng giêng năm 2008 vừa qua tổng thống Bush đã ký môt văn kiện pháp lý gọi là Energy Independence Act để hỗ trợ cho chương trình phát triển các nguồn năng lượng mới. General  Motors  đang đầu   tư vào công ty Costaka, một  biofuel company tại thành phố Arrenville, tiểu  bang Illinoise. Tuy rằng là một công ty mới bắt đầu sản xuất ethanol chế bằng các chất dư thừa thực vật (cellulosic feedstocks) như thân và lá bắp, hoặc gỗ dư thừa, lá cây v..v..  nhưng  Costaka dự trù vào  năm 2011 sẽ cung cấp cho thị trường  50-100 million gal ethanol mỗi năm.  William Roe, chủ tịch điều hành cho biết vào năm 2022 công ty có khả năng sản xuất 21 billion gallons biomass ethanol cho nhu cầu trong nưóc. Theo phương pháp chế biến của Costaka thì carbon monoxide và hydrogen sinh ra trong giai đoạn biến chế được dẫn vào một hầm chứa các loại vi sinh vật (microorganisms) để hấp thụ hai chất khí này không cho thoát ra vùng khí quyển. Năng lượng thu hoạch được gấp 7.7 lần năng lượng cần dùng để biến chế trong khi so với bắp thì chỉ có 1.3.          

G.S. Nguyễn Văn Khuy