Phát hiện mới: Bột cá được làm từ... khí methane

“Các cơ sở công nghiệp ở Mỹ đang phát thải một lượng methane rất lớn mỗi năm mà chúng ta chưa biết thu giữ và tận dụng hiệu quả,” Sahar El Abbadi – giảng viên chương trình Civic, Liberal and Global Education tại Stanford, tác giả chính của nghiên cứu – nhận định. “Chúng tôi muốn đảo ngược điều này nhờ vào tiến bộ công nghệ sinh học, để biến methane thành những sản phẩm giá trị cao,” ông nói.

Mặc dù không dồi dào bằng CO₂ trong khí quyển nhưng methane lại có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 85 lần CO₂ trong khoảng 20 năm trở lại đây và gấp 20 lần kể từ khi được phát thải bởi các hoạt động của con người. Kể từ thời Cách mạng Công nghiệp (sau năm 1750), nồng độ methane trong khí quyển Trái Đất đã tăng hơn 150% và chiếm khoảng 20% tổng lượng bức xạ cưỡng bức (stimulated emission) từ tất cả những loại khí nhà kính – tồn tại lâu dài và hỗn hợp trên toàn cầu.

Sự phong phú tương đối cùng một số đặc tính của methane đã khiến nó trở thành một loại nhiên liệu hết sức tiềm năng, bất chấp việc thu giữ và lưu trữ còn gặp nhiều thách thức (do trạng thái khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường). Giải pháp mà các tác giả theo đuổi nằm ở một loại vi khuẩn dị dưỡng ăn khí methane mang tên methanotrophs. Họ nuôi chúng trong một thùng vi sinh (bioreactor) làm lạnh chứa đầy nước, cho ăn phân tử methane, oxy và những dưỡng chất khác như nitơ, phốt-pho, vi lượng kim loại,… sau đó sử dụng sinh khối rất giàu protein của chúng để làm thành bột cá.

Cơ chế hoạt động của vi khuẩn dị dưỡng ăn khí methane: methanotrophs. 

Để làm rõ tính kinh tế của phương pháp, nhóm đã xây dựng một mô hình tính toán chi phí sản xuất bột cá với nguồn methane thu giữ từ các nhà máy xử lý nước thải, bãi chôn lấp rác, cơ sở dầu khí, và khí đốt thương mại,… Mô hình cũng đã bao gồm một loạt những biến số khác như giá điện hay tình trạng sẵn có của lao động,…

Kết quả thu được là nguồn methane từ các bãi chôn lấp và cơ sở dầu khí cho giá thành sản xuất bột cá lần lượt là 1.546 USD và 1.531 USD/tấn – thấp hơn một chút so với chi phí sản xuất bột cá trung bình 10 năm qua (1.600 USD). Đối với kịch bản sử dụng methane từ những nhà máy xử lý nước thải, con số này tương đối cao – 1.645 USD /tấn; nhưng đắt nhất là nguồn methane mua từ lưới khí đốt thương mại – 1.783 USD/tấn. Trong mọi kịch bản, điện luôn là khoản chi lớn nhất – chiếm hơn 45% tổng chi phí. Tại các bang có giá điện rẻ như Mississippi và Texas, chi phí sản xuất bột cá có thể được cắt giảm thêm 20%, xuống còn 1.214 USD. Chúng ta hoàn toàn có quyền kỳ vọng cắt giảm chi phí hơn nữa nhờ những thiết kế thùng vi sinh cho khả năng thoát nhiệt tốt (không cần nhiều năng lượng để làm mát); hay đối với chiến lược tận dụng methane từ các nhà máy xử lý nước thải thì bản thân nước thải cũng là một nguồn cung cấp nitơ và phốt pho dồi dào, bên cạnh công dụng làm mát,…

Nghiên cứu trên đã mở ra một hướng đi mới đầy hứa hẹn cho ngành công nghiệp thức ăn thủy sản, đồng thời đáp ứng được mục tiêu khí hậu toàn cầu. Đồng tác giả Evan David Sherwin, nghiên cứu sinh hậu tiến sỹ ngành kỹ thuật tài nguyên năng lượng tại Stanford kết luận: “Bất chấp những nỗ lực trong mấy thập kỷ qua, ngành công nghiệp năng lượng vẫn gặp rất nhiều khó khăn trong việc khai thác tài nguyên khí thải. Giải pháp của chúng tôi vì thế có thể mang lại lợi ích kép.”