Một giải pháp an ninh lương thực mới

Khoa học Môi trường

26/11
Lưu Nguyễn
Môi trường
0
739

Mêtan, một loại khí nhà kính, có thể được thu giữ và chuyển hóa thành thức ăn giàu protein cho cá nuôi - một ngành thực phẩm ngày càng quan trọng. Một phân tích mới chỉ ra cách làm cho phương pháp này tiết kiệm chi phí hơn so với thức ăn cho cá hiện tại.

Trước đây, quá trình đổi mới để chuyển đổi khí nhà kính mạnh thành một giải pháp an ninh lương thực đã bị đình trệ do nền kinh tế không chắc chắn. Giờ đây, một phân tích đầu tiên của Đại học Stanford đánh giá tiềm năng thị trường của phương pháp này, trong đó vi khuẩn được cung cấp khí mê-tan bị bắt sẽ phát triển thành bột cá giàu protein. Nghiên cứu được công bố 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. Điều này cực kì hữu ích vì các nguồn công nghiệp ở Mỹ đang thải ra một lượng khí mê-tan thực sự đáng kinh ngạc.

Hai vấn đề, một giải pháp

Mặc dù carbon dioxide dồi dào hơn trong khí quyển, tiềm năng làm ấm lên toàn cầu của khí methane lớn gấp 85 lần trong khoảng thời gian 20 năm và gấp ít nhất 25 lần trong một thế kỷ sau khi được thải ra môi trường. Khí mêtan cũng đe dọa chất lượng không khí bằng cách làm tăng nồng độ ôzôn đối lưu, tiếp xúc với khí này gây ra ước tính khoảng 1 triệu ca tử vong sớm hàng năm trên toàn thế giới do các bệnh về đường hô hấp. Nồng độ tương đối của mêtan đã tăng nhanh hơn gấp đôi so với nồng độ carbon dioxide 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 mêtan được gọi là sinh vật dị dưỡng. Những vi khuẩn này có thể được nuôi trong một lò phản ứng sinh học làm lạnh, chứa đầy nước, được cung cấp khí mêtan, oxy và các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và các 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 làm từ cá nhỏ hoặc thức ăn từ thực vật cần đất, nước và phân bón.

Trong khi một số công ty đang làm điều này với đường ống dẫn khí đốt tự nhiên làm nguyên liệu thô, nguyên liệu tốt hơn sẽ là khí mê-tan thải ra tại các bãi chôn lấp lớn, nhà máy xử lý nước thải và dầu khí. Điều này sẽ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm mức độ thấp hơn của khí nhà kính trong khí quyển, hệ sinh thái ổn định hơn và kết quả tài chính tích cực.

Tiêu thụ hải sản, một nguồn cung cấp protein và vi chất dinh dưỡng quan trọng trên toàn cầu, đã tăng hơn 4 lần kể từ năm 1960. Kết quả là nguồn cá tự nhiên bị cạn kiệt nghiêm trọng và các trang trại cá hiện cung cấp khoảng một nửa số hải sản có nguồn gốc động vật mà chúng ta ăn. Thách thức sẽ chỉ tăng lên khi nhu cầu toàn cầu về động vật thủy sinh, thực vật và tảo có thể sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050.

Trong khi các sinh vật siêu dưỡng sinh được nuôi bằng khí metan 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 theo giá thực tế kể từ năm 2000. Để làm rõ tiềm năng đáp ứng nhu cầu một cách có lợi của phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa các kịch bản trong đó mêtan có nguồn gốc từ các nhà máy xử lý nước thải tương đối lớn, các bãi chôn lấp và các cơ sở dầu khí, cũng như khí tự nhiên được mua từ lưới khí 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 nguồn lao động.

Hướng tới thu lợi nhuận

Trong các kịch bản liên quan đến khí mêtan 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 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.