Biến khí metan thành bột cá liệu có khả thi?

Sử dụng CNSH để tạo ra một sản phẩm có giá trị cao 

Một phân tích đầu tiên của Đại học Stanford đã đánh giá tiềm năng thị trường đang phát triển của vi khuẩn ăn mê-tan, 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. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng việc giảm chi phí khả thi là phương pháp tiếp cận mang lại 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: “Ngành công nghiệp ở Mỹ đang thải ra một lượng khí mê-tan thực sự đáng kinh ngạc, không hiệu quả trong việc thu giữ và sử dụng cho các mục đích khác.” 

Hai vấn đề một giải pháp 

Mặc dù carbon dioxide dồi dào hơn trong khí quyển, nhưng khả năng làm ấm lên toàn cầu của khí mê-tan lớn gấp 85 lần trong khoảng thời gian 20 năm và gấp ít nhất 25 lần trong một thế kỷ sau khi tạo thành trong khí quyển. Nồng độ tương đối của khí mê-tan đã tăng nhanh hơn gấp đôi so với nồng độ CO₂ kể từ khi bắt đầu cuộc cách mạng Công nghiệp trong đó phần lớn là do con người gây ra phát thải.

Khí metan. Ảnh: Migco.vn

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 phát triển 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 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 methane 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 tiếp cận nhằm đáp ứng nhu cầu một cách có lợi, các nhà nghiên cứu Stanford đã lập mô hình bao gồm các tình huống 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 thương mại từ lưới khí đốt tự nhiên. Mô hình ưu tiên xem xét về chi phí và nguồn lao động sẵn có.  

Hướng tới 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 trong 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 mê-tan được mua từ lưới điện thương mại dẫn đến chi phí sản xuất bột cá cao nhất – 1,783 USD / tấn - do tác động từ chi phí mua khí đốt tự nhiên.

Sinh khối giàu protein có thể được sử dụng làm bột cá trong thức ăn nuôi trồng thủy sản. Ảnh: Vasep

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 mê-tan 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. 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. 

Theo Sherwin, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về 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 tối ưu cho khí thiên nhiên mắc kẹt”