Thứ 6, ngày 16 tháng 8, 2019, 8:36:21 Chiều

KINH TẾ SINH HỌC TUẦN HOÀN-VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI

01/04/2021 17:13

Kinh tế sinh học (KTSH) là tập hợp các hoạt động; trong đó, công nghệ sinh học giữ vai trò chủ đạo, khoa học đời sống được ứng dụng trong chuyển đổi sinh khối thành vật liệu, hóa chất và nhiên liệu; khái niệm này được mở rộng với nhiều cách lý giải khác nhau. Để kinh tế sinh học đạt hiệu quả cao, cần huy động lượng sinh khối lớn từ nhiều nguồn, bao gồm cả những vật liệu được coi là chất thải.

Khi chưa có tài nguyên hóa thạch, con người sống nhờ vào đất. Giữa thế kỷ XVIII khi dân số thế giới có 700 triệu người, cuộc cách mạng công nghiệp đã làm lực lượng sản xuất thay đổi nhanh chóng. Mở đầu cách mạng công nghiệp lần thứ tư, kinh tế toàn cầu trở nên phức tạp hơn bởi dân số thế giới đã tăng gấp bảy lần so với năm 1800. Mặc dù tình trạng thiếu hụt dầu, khí chưa nặng nề, nhưng gia tăng dân số nhanh đã trở thành nguyên nhân cơ bản dẫn đến vòng xoáy cạn kiệt tài nguyên.

Nguồn thay thế khả thi cho cacbon là năng lượng tái tạo; đó cũng là mục tiêu định hướng của nhiều chính sách chuyển đổi sang sản xuất và dịch vụ dựa trên nền tảng sinh khối. Những nỗ lực giảm thiểu và tái chế chất thải được thực hiện trong nhiều thập niên với dự kiến kinh tế tuần hoàn (KTTH) sẽ chấm dứt việc“lấy, làm, bỏ” theo kiểu sản xuất tuyến tính để giữ cho tài nguyên được tuần hoàn thông qua việc tái sử dụng, tái chế, tái sản xuất và giảm thiểu chất thải.

Sinh học tạo ít chất thải và mang tính tuần hoàn dựa vào trao đổi chất trong các chu trình của nitơ, cacbon, phốt pho, thậm chí cả sự sống và cái chết. Tuy nhiên, việc kết hợp kỹ thuật với công nghệ để tạo ra các vật liệu sinh học là có thể, nhưng không nhất thiết phải mang tính tuần hoàn. Các nhà phân tích cho rằng, có sự giao thoa giữa KTSH và KTTH; đó là lượng chất thải giảm mạnh nhờ sử dụng vật liệu sản xuất dựa vào sinh học trên quy mô toàn cầu. Đây là chủ đề của kinh tế sinh học tuần hoàn (Circulatoring Biology Economic -CBE-)với những tác động vào phần cốt lõi của nền kinh tế. Thay vì phải dùng nguồn nguyên liệu lớn, CBE có thể phát triển gắn với nguồn nguyên liệu tái tạo để tạo nhiều việc làm, đặc biệt là ở khu vực nông thôn.

Trong 17 Mục tiêu phát triển bền vững (SDGs), Liên Hợp Quốc xác định 12 chủ đề phụ thuộc trực tiếp vào quản lý bền vững tài nguyên thiên nhiên.  Hiệu quả tài nguyên là ưu tiên chính sách, đã trở thành trụ cột của chiến lược phát triển ở nhiều gia. Khác với ngành công nghiệp truyền thống, hiệu quả tài nguyên trong kinh tế sinh học đó là khả năng định giá chất thải, tái chế tài nguyên ở cuối vòng đời, nhằm biến khối lượng vật chất bị loại bỏ thành nguyên liệu sản xuất.

Từ hiệu suất chuyển đổi tài nguyên dựa trên phân tầng sinh khối, vai trò vật liệu thải và thành công trong  xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học, bài viết đề cập đến những nét chủ yếu nhằm hiện thực hóa nền kinh tế sinh học tuần hoàn.

1.Bản chất hiệu suất tài nguyên trong nền kinh tế sinh học tuần hoàn

Hiệu quả sử dụng tài nguyên là mục tiêu quan trọng của phát triển kinh tế sinh học. Ở châu Âu, chính sách ưu tiên thực hiện thông qua việc đưa tài nguyên trở thành trụ cột của chiến lược phát triển. Khác với các ngành công nghiệp truyền thống, hiệu quả tài nguyên trong kinh tế sinh học tuần hoàn được xác định là khả năng định giá chất thải và tái chế tài nguyên cuối vòng đời để biến khối lượng lớn chất thải thành nguyên liệu mà không bị loại bỏ.

Hiệu suất tài nguyên là một thuật ngữ đo lường, khái niện này mang hàm nghĩa sử dụng các nguồn lực hạn chế của Trái đất một cách bền vững nhằm giảm thiểu tác động môi trường. Theo đó, phát triển bền vững là thách thức lớn mà loài người phải đối mặt. Tình hình còn trở nên phức tạp hơn khi mối mối quan hệ tương tác giữa sử dụng với hiệu suất tài nguyên, tăng trưởng kinh tế và phát thải khí nhà kính (GHG) chưa được xác định rõ ràng.

Hiệu suất tài nguyên là tỷ lệ giữa lợi ích thu được và tác động môi trường, nó được cải thiện bằng cách giảm lượng tài nguyên sử dụng để sản xuất sản phẩm hoặc giảm tác động môi trường liên quan đến sản phẩm đầu ra. Trong thực tế, lợi ích tài nguyên rõ ràng khi giá trị vật liệu và năng lượng chiếm dưới 50% chi phí hoạt động. Với tính chất hữu hạn của tài nguyên, hiệu suất mang lại là giá trị tạo ra lớn hoặc nguyên liệu đầu vào ít hơn và được xác định thông qua việc vận dụng vào tất cả các bước của vòng đời sản phẩm, từ mục thiết kế đến sản xuất và tiêu dùng; tái chế và giảm thiểu,tiến tới loại bỏ hoàn toàn chất thải.

Với mục tiêu tăng hiệu quả kinh tế đồng thời giảm tác động môi trường, không có gì đáng ngạc nhiên khi phương pháp tiếp cận hiệu suất tài nguyên ngày càng trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp. Phân tích dòng vật chất và năng lượng cung cấp, quy trình, cấp độ hệ thống kết hợp và nhiều khía cạnh tính toán; các nhà phân tích nhận thấy, phương pháp được thiết lập bắt nguồn từ sản xuất là sơ đồ chuỗi giá trị (Value Stream Mapping-VSM).

Do tính chất khác biệt của nguyên vật liệu, sản xuất sinh học đòi hỏi một cách tiếp cận riêng. Về cơ bản, kinh tế sinh học tuần hoàn khác với những nền kinh tế vốn phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hóa thạch. Thách thức trước hết là tính bền vững sinh khối chưa được làm rõ, chuỗi cung ứng và giá trị phân mảnh. Ngoài ra, sản xuất sinh học không giới hạn trong một ngành duy nhất mà áp dụng trên nhiều lĩnh vực, nhưng không đồng nhất về phương pháp đo lường hiệu suất tài nguyên.

Hiệu suất tài nguyên áp dụng cho CBE liên quan đến logic khép kín của nền kinh tế tuần hoàn,bao gồm các quá trình có hiệu suất riêng, từ nguyên liệu đầu vào đến sản xuất , tiêu thụ và kết thúc vòng đời sản phẩm. Các giai đoạn này cần được đánh giá để ước lượng mức độ tuần hoàn của toàn bộ hệ thống trong phân tích.

Nguyên tắc hoạt động của sản xuất sinh học là phải có hiệu suất tương tự, giống hoặc tốt hơn so với các sản phẩm có nguồn gốc hóa thạch mà chúng thay thế, song điều quan trọng nhất vẫn là giảm thiểu đáng kể lượng phát thải, sử dụng vật liệu ít độc tính và có khả năng phân hủy sinh học cao hơn.

Đối với sản xuất sinh học, nguyên liệu không nhất thiết chỉ là cây trồng. Các quy trình sinh học thường thiếu hiệu quả về độ chuẩn, nhưng cũng có thể không hiệu quả về năng suất và sản lượng. Do vậy, chỉ số đánh giá hiệu suất tài nguyên nhằm tối ưu hóa quy trình do con người kiểm soát cần được phân biệt với sự thiếu hiệu quả tự nhiên vốn có.

Tính bền vững và tiềm năng sinh khối rất cần để đạt được hiệu quả sử dụng đất đai. Giám sát tiềm năng sinh khối để đánh giá đúng mức tài nguyên sẽ là công cụ quyết định chính sách kinh tế sinh học. Ngày nay, công cụ phổ biến của phép đo là Phân tích vòng đời (LCA),nhưng chưa phải là giải pháp tối ưu. Nhiều công cụ khác đã được vận dụng, nhưng không đáp ứng được yêu cầu hình thành các chỉ số khoa học, đã gợi ra sự cần thiết phải hài hòa về phương pháp và sự gắn kết nhằm đo lường tính bền vững của chuỗi giá trị sinh khối. Theo đó, phương pháp năng suất các nhân tố tổng hợp (TFP) là cách tiếp cận đánh giá bền vững được sử dụng thường xuyên trong ngành nông nghiệp.

Ý tưởng về TFP phản ánh tốc độ chuyển đổi các yếu tố đầu vào (vốn, lao động, vật liệu, năng lượng và dịch vụ) thành đầu ra (trữ lượng sinh khối).Trong đó, các yếu tố tiêu cực về sinh thái, xã hội liên quan đến phát triển bền vững được xếp vào loại đầu ra “xấu” và việc dùng nhiên liệu hóa thạch, phát thải lượng lớn khí thải sẽ làm nghiêm trọng thêm tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu.

 Chỉ số TFP đã hợp nhất vấn đề bền vững thành một thước đo duy nhất. Dựa vào chỉ số TFP, có thể so sánh được vấn đề bền vững, những ảnh hưởng đến phúc lợi con người ở quy mô không gian và thời gian khác nhau. Tiếp cận này có thể so sánh được những chuỗi phức tạp và qua mức giá sẽ phản ánh được tầm quan trọng của các biến số cả ở đầu vào và đầu ra .

Mặc dù chưa có định nghĩa thống nhất, song khái niệm sử dụng phân tầng sinh khối đã được khai thác cho các sản phẩm có giá trị gia tăng cả về tài chính, môi trường và xã hội. Trong phân tầng, mọi sinh khối còn lại sau quá trình sản xuất đều được dùng vào mục đích năng lượng nhằm tối đa hóa hiệu quả sử dụng. Bổ sung quan trọng của sử dụng phân tầng trong tương lai là mối quan hệ tương tác giữa các chuỗi giá trị khác nhau. Sử dụng theo cách này sẽ khắc phục được hạn chế của sản xuất sinh học trước đây.

Ngày nay, sản xuất năng lượng sinh học đang được triển khai ở quy mô lớn, năm 2020 tại châu Âu khoảng 10% nhu cầu năng lượng sơ cấp là từ sinh khối. Sản xuất sinh khối từ cây trồng đòi hỏi khoảng 75% diện tích đất trồng cây và hơn 70% lượng nước tưới. Tuy nhiên, việc thiêu đốt sinh khối để cung cấp năng lượng lại làm gia tăng cacbon trong không khí. Mặt khác, thu hoạch sinh khối làm giảm lượng cacbon lưu trữ trong thực vật và đất hoặc làm giảm khả năng cô lập cacbon, dẫn đến những hậu quả bất lợi.

2. Vật liệu thải trong nền kinh tế sinh học tuần hoàn

Về mặt lý thuyết, lượng chất thải rắn, lỏng và khí có sẵn trong tự nhiên có thể mang lại giá trị vô cùng to lớn, nhưng trong thực tế lại bị hạn chế vì nhiều lý do. Việc thu gom rơm rạ hoặc tàn dư cây trồng không có ý nghĩa lớn đối với người nông dân hoặc chủ rừng; chất thải rắn đô thị chứa rất nhiều vật liệu lên men, nhưng chúng thường bị trộn lẫn với các vật liệu không lên men; khí thải công nghiệp tồn tại nhiều ở dạng tương đối tinh khiết, nhưng việc nuôi cấy vi sinh phục vụ quá trình lên men khí chưa được nhận thức đầy đủ và có rất ít cơ chế khuyến khích thu giữ khí thải. Rõ ràng là có một lượng lớn chất thải có thể được sử dụng làm nguyên liệu, nhưng cần phải có ý chí chính trị mạnh mẽ để khuyến khích thu gom chất thải.

Khác với kinh tế sinh học (KTSH) đơn thuần, trong nền kinh tế tuần hoàn (KTTH) chất thải hữu cơ được dùng phổ biến làm nguyên liệu cho sản xuất. Hướng phát triển này không chỉ giải quyết vấn đề chất thải mà còn tạo ra giá trị gia tăng ở các mức độ khác nhau; đặc biệt là về môi trường và những vấn đề xã hội.

Nhà máy xử lý sinh học là biểu hiện trung tâm của kinh tế sinh học. Có nhiều mô hình khác nhau đang được mở rộng theo thời gian với đặc điểm xử lý sinh học phù hợp với khái niệm của nền KTTH, sử dụng chất thải hoặc phế liệu để làm nguyên liệu. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được coi là phương pháp tái chế điển hình nên cần xác định đây chính là nguồn nguyên liệu thô thứ cấp để tránh vi phạm luật pháp quy định về quản lý chất thải.

Nghiên cứu về chất thải trong quản lý môi trường các nhà phân tích nhận thấy, theo truyền thống, chất thải rắn đô thị (MSW) thường được xử lý chôn lấp. Cách làm này đã làm mất đi đáng kể lượng chất thải thực phẩm với trên 50% có khả năng phân hủy, có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học, năng lượng sinh khối hoặc hóa chất hàng hóa.

Về bản chất, thực phẩm có thể phân hủy sinh học và nhiều loại có thể chuyển hóa trong các nhà máy sinh học để biến đổi thành khí sinh học, hỗn hợp dễ cháy của metan, CO2 và hydro. Trong những các bãi chôn lấp hiện đại, khí sinh học có thể được thu giữ và sử dụng để sưởi ấm hoặc sản xuất điện năng. Theo các nhà phân tích, thiệt hại thực phẩm và chất thải thực phẩm hàng năm trên thế giới tương đương với  4,4 tỷ tấn CO2, chiếm 8% tổng lượng khí thải nhà kính (GHG) do con người tạo ra.

 Nguồn dữ liệu hạn chế còn cho thấy, tình trạng tổn thất lương thực cao hơn ở giai đoạn sau thu hoạch; đối với những nền kinh tế thịnh vượng, chất thải thực phẩm sau tiêu dùng chiếm phần lớn nhất.Tại  nước Anh, lượng thực phẩm lãng phí lên tới 25% trọng lượng đã mua của các hộ gia đình; nguồn thực phẩm bị lãng phí lớn nhất toàn cầu là bánh mỳ với tỷ lệ tới 32%.

Sau thực phẩm là nguồn chất thải Cellulose. Lượng rơm rạ ở châu Á hàng năm có trên 0,5 tỷ tấn được xử lý bằng cách đốt.

Nghề đánh bắt cá hoang dã và nuôi trồng thủy sản là ngành sản xuất thực phẩm ít khí phát thải so với động vật nhai lại. Tuy nhiên, vẫn có tới 40% lượng cá bị thải bỏ và hơn 20 triệu tấn phụ chất từ cá thải ra môi trường, dẫn đến ô nhiễm hoặc làm cho quá trình xử lý gặp nhiều khó khăn.  Một trong những thách thức lớn đối với mở rộng nuôi trồng thủy sản là cung cấp thức ăn cho cá chất lượng cao. Ngày nay, phần lớn thành phần sử dụng trong bột cá được sản xuất từ rác thải cá. Để cải thiện cung cấp thức ăn cho cá cần tận dụng chất thải chế biến trong sản xuất bột cá và dầu cá.

Trong sản xuất công nghiệp, các loại khí lên men từ những ngành khác nhau đã được tiến hành,  song việc thu gom khí lại khó khả thi. CO2 là khí quan trọng nhất với tổng khối lượng phát thải, hàng năm lên tới trên 7,6 tỷ tấn; số liệu thống kê cũng đã chỉ ra, lượng CO2 có sẵn đã vượt xa mức cần thiết. Ước tính của những công ty lên men cho thấy, mỗi năm có thể sản xuất hơn 30 tỷ gallon sản phẩm có giá trị cao chỉ từ khí thải của các nhà máy cán thép.

Tính không phân hủy sinh học của chất thải nhựa đã trở thành vấn đề đáng lo ngại. Theo nhiều ước tính, đến năm 2050 hành tinh sẽ có thêm 33 tỷ tấn nhựa, giải pháp đốt để thu hồi năng lượng đã thực hiện, nhưng không ngăn được tích tụ nhựa trong các đại dương.Tích tụ chất thải nhựa trong đại dương không phải là vấn đề mới. Đến nay, bãi rác ở Thái Bình Dương đã có kích thước gấp đôi nước Pháp và lớn hơn 16 lần so với trước đây. Điều đáng lo ngại là các hạt vi nhựa được tế bào sống hấp thụ đã ảnh hưởng đến quá trình sinh sản và hoạt động của các thế hệ con cái loài hàu.

Nhựa phân hủy sinh học có thể gia tăng giá trị trong nền kinh tế tuần hoàn, chúng có thể được xử lý trong các cơ sở chế biến phân bón hoặc góp phần tạo ra khí sinh học trong các cơ sở phân hủy kỵ khí. Mặc dù đã trải qua nhiều thập kỷ nghiên cứu và phát triển, song sự thâm nhập thị trường nhựa có khả năng phân hủy sinh học đang còn quá nhỏ.

3. Xử lý chọn lọc, giải pháp tạo nguồn nguyên liệu trong phát triển kinh tế

Trong nền kinh tế sinh học tuần hoàn, trên 95% thực phẩm có nguồn gốc từ đất trồng trọt,  Đất hấp thụ khoảng 20% lượng phát thải CO2. Với tốc độ hình thành rất chậm, các nhà nghiên cứu cho rằng, để tạo ra 3 cm tầng đất mặt phải mất 1.000 năm; nhưng tầng đất này đang bị phá hủy với tốc độ nhanh chưa từng thấy. Nếu không có biện pháp ngăn chặn, tất cả tầng đất mặt trên thế giới sẽ bị biến mất trong vòng 60 năm. Phân bón nhân tạo nâng cao đáng kể năng suất nông nghiệp, nhưng để lại ảnh hưởng nặng nề đối với các ngành công nghiệp, nông nghiệp, năng lượng và môi trường. Đây là những vấn đề mang tính bắt buộc mà các nhà hoạch định chính sách cần phải thấy hết để có giải pháp ứng phó kịp thời.

3.1. Xử lý sinh học và ủ phân bón từ chất thải xenlulo

Lignocellulose bao gồm các polyme carbohydrate và polymer thơm. Là nguyên liệu dồi dào để xử lý sinh học, vật liệu này chứa lượng lớn đường có thể lên men. song chúng lại liên kết chặt chẽ với nhau và trở thành rào cản cho việc sử dụng lignocellulose sinh khối. Trong xử lý sinh học, chi phí đáng kể nhất là việc chuyển đổi sinh khối gỗ thành đường lên men. Theo các nhà phân tích, 40% đến 60% chi phí vận hành của nhà máy xử lý sinh học liên quan đến các nguyên liệu được lựa chọn. Các nhà máy xử lý khai thác chất thải lignocellulose để tạo ra nhiên liệu, hóa chất và năng lượng là trụ cột của nền kinh tế tuần hoàn.

Ủ phân bón quy mô công nghiệp là giải pháp thay thế và tuần hoàn khả thi, đó là việc chuyển đổi chất thải xenlulo thành phân hữu cơ và chất cải tạo đất. Phương pháp này đã được sử dụng trong hàng thế kỷ để duy trì độ phì nhiêu của đất theo nghĩa vi sinh. Ủ phân ở quy mô công nghiệp đòi hỏi phải kết hợp nhiều công nghệ nhằm cải thiện hiệu quả và kiểm soát cả qúa trình. Chất thải thích hợp để xử lý bao gồm cỏ, lá cây, hàng rào, thực phẩm thừa; chất thải rau quả từ ngành công nghiệp thực phẩm; chất thải từ ngành lên men, phân rắn và lỏng từ trang trại động vật; phế thải lâm nghiệp, chất thải từ ngành công nghiệp giấy, dạ cỏ của gia súc giết mổ và bùn thải từ các nhà máy xử lý nước thải.Thoạt nhìn những sản phẩm này không hấp dẫn với giá trị gia tăng thấp. Nhưng khi xét đến tình trạng đất trồng và tầm quan trọng bị đánh giá thấp đối với con người và hành tinh,thì tình trạng đất đáng nhận được sự quan tâm nghiêm túc từ các nhà hoạch định chính sách xử lý sinh học từ chất thải cellulose.

3.2. Xử lý chất thải thực phẩm và đồ uống

Trong xu hướng tiêu dùng sữa ngày một gia tăng, váng sữa (whey) là sản phẩm phụ gây ô nhiễm cao trong quá trình sản xuất bột phô mai và casein. Sản lượng váng sữa toàn cầu ước tính khoảng 190 triệu tấn/năm và đang ngày một gia tăng. Đây là dạng chất thải nguy hại nên không thể thải trực tiếp vào các nguồn nước. Có nhiều quy trình bay hơi và không bay hơi để xử lý váng sữa. Trong đó, bay hơi bằng công nghệ sinh học là phương pháp tiếp cận kinh điển và tuần hoàn theo nghĩa nguồn tài nguyên được duy trì bằng cách tạo ra vật liệu "nguyên gốc" từ dòng chất thải gây ô nhiễm.  

 Dự án Bio-based Industries Joint Undertaking (BBIJU) xây dựng nhà máy sinh học tích hợp ở Ai-xơ len nhằm chuyển đổi dòng sữa phụ phẩm thành các sản phẩm giá trị gia tăng như axit L-lactic, axit polylactic, khoáng chất thiết yếu cho dinh dưỡng của người và phân bón sinh học. Dự án nhằm giải quyết các mục tiêu chính sách của nền kinh tế sinh học tuần hoàn như  tạo việc làm cho người lao động ở vùng nông thôn, phát triển vùng; giảm áp lực đất đai; giảm thiểu phát thải khí nhà kính (GHG);chống ô nhiễm môi trường; xử lý chất thải bằng trích li bay hơi; tạo chuỗi giá trị tuần hoàn và hệ sinh thái đổi mới. Hướng phát triển này đã mở ra nhiều triển vọng cho ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống.

3.3. Sản xuất axit succinic từ phế thải bánh mì

Tại Hà Lan, chất thải từ bánh mì chiếm tới 1/4 lượng thực phẩm thải loại, Bánh mì thải loại có thể được xử lí để làm phân bón. Đã có những kế hoạch xây dựng nhà máy phân hủy kỵ khí để tạo khí sinh học từ bánh mì phế thải. Tuy nhiên, năng lượng tiêu thụ của quá trình nướng bánh ban đầu lại lớn hơn so với năng lượng tái tạo thu được. Phương pháp tiếp cận được đánh giá phù hợp nhằm tạo ra giá trị gia tăng lớn hơn là quy trình thủy phân bánh mì lên men để sản xuất axit succinic, một hóa chất nền tảng của công nghiệp hóa chất bền vững. Với một nhà máy công suất 30 000 tấn/năm, người ta có thể tạo ra giá trị đạt 1,1 tỷ USD/ năm.

3.4. Chế biến chất thải làm thức ăn nuôi cá

Ngăn chặn chất thải từ cá đã trở thành một mối quan ngại trong xử lý chất thải. Ngoài bột cá và dầu cá là thức ăn chất lượng cao nuôi cá, nhiều ứng dụng khác đã được quan tâm lựa chọn. Xử lý dầu cá thông qua este hóa chéo sẽ tạo ra những axit béo, este ethyl bão hòa và không bão hòa (FAEE) dùng làm nhiên liệu sinh học.Trong đó, este ethyl chưa bão hòa (FAEE) có thể este hóa chéo bằng glycerol để thu được dầu giàu axit béo không bão hòa (PUFAs) là sản phẩm có giá trị cao điển hình của sử dụng phế thải cá.

3.5. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ phế thải rượu Whisky 

Ngành công nghiệp rượu whisky mạch nha ở Scotland mỗi năm thải ra 750.000 tấn cặn và 2 tỷ lít nước thải gây hại cho sức khoẻ con người và môi trường. Bã rượu, phụ phẩm trong quá trình sản xuất whisky chứa men, muối vô cơ và nhiều hợp chất hữu cơ bao gồm cả đường chưa lên men. Các biện pháp xử lý liên quan đến quá trình phân hủy kỵ khí tạo khí sinh học được sử dụng nhằm sưởi ấm hoặc tạo điện năng. Gần đây, người ta đã nghiên cứu, xác định được việc chuyển đổi bã rượu thành butanol, thông qua công nghệ vi sinh để bắt đầu xây dựng nhà máy mẫu tại thành phố Grangemouth (Scotland). Đây là một nhà máy thương mại có khả năng sản xuất hơn nửa triệu lít nhiên liệu sinh học mỗi năm. Với việc xây dựng nhà máy này, mục tiêu chính sách của CBE nhằm vào phát triển khu vực; tăng giá trị chất thải; tạo chuỗi giá trị tuần hoàn, hệ sinh thái đổi mới và nâng cao tính bền vững của ngành sản xuất rượu whisky.

4 Lên men, giải pháp công nghiệp trong nền kinh tế sinh học tuần hoàn.

Các vi sinh vật lên men khí có khả năng cố định CO2 và CO thường được sử dụng nhằm chuyển đổi khí cacbon thành nhiên liệu và hóa chất. Công nghệ này có thể sử dụng nguyên liệu rắn dễ dàng khí hóa, bao gồm cả chất thải rắn đô thị; các dạng sinh khối , phế thải nông nghiệp và đáng kể nhất là khí thải công nghiệp.

4.1. Ethanol từ khí thải của nhà máy sản xuất thép 

Phương pháp lên men khí đã phát triển tại một nhà máy sản xuất thép của Trung Quốc.Kế hoạch xây dựng một nhà máy lớn hơn ở Bỉ cũng được đưa ra. Đây là dự án hợp tác giữa công ty khởi nghiệp LanzaTech ở thành phố Chicago (Mỹ)với ArcelorMittal,một tập đoàn đa quốc gia ở Luxembourg và công ty Primetals Technologies (Áo),mỗi năm dự án có thể tạo ra 47.000 tấn ethanol từ khí thải của các hoạt động sản xuất thép. Công nghệ này được áp dụng cho các hóa chất trung gian có giá trị hỗ trợ cho các nhà máy sinh học tích hợp và sử dụng phân tầng thông qua sử dụng‘cacbon đen’ tự nhiên với lợi thế tiết kiệm đất. Theo hướng phát triển này, về cơ bản khí thải công nghiệp sẽ được sử dụng để thay thế cho cây lương thực hoặc phi lương thực trong sản xuất sinh khối.

4.2. Sản xuất thức ăn cho cá từ khí :

Sản lượng nuôi trồng thủy sản ngày nay đã vượt các hoạt động đánh bắt tự nhiên và có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai. Vấn đề cần là phải tìm được nguồn thức ăn mới cho cá, đặc biệt là thay thế hoặc bổ sung cho đầu vào có nguồn gốc từ bột cá và dầu cá, đồng thời, giảm tác động môi trường của hoạt động nuôi trồng thủy sản. Sản xuất thức ăn khí hóa đã hình thành và trở thành một ưu tiên lớn trong mục tiêu thúc đẩy phát bền vững của ngành.

4.3 Xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Sản xuất khí sinh học được xem là phần quan trọng của nhà máy sinh học. Phân hủy kỵ khí bùn thải để sản xuất khí sinh học đã được áp dụng trong hơn 1 thế kỉ. Phương pháp ổn định bùn thải bằng cách loại bỏ những tác nhân gây bệnh đã cải thiện tính cân bằng của nước, đáp ứng tốt hơn nhu cầu cây trồng so với phân thô, từ đó làm giảm thiểu nhu cầu phân hóa học N và P bổ sung, đồng thời giảm được lượng phát thải khí nhà kính. Các axit béo dễ bay hơi (VFAs) được tạo ra từ hoạt động của vi sinh vật kỵ khí có tiềm năng trở thành tiền chất cho quá trình sản xuất vật liệu nhựa có khả năng phân hủy sinh học.

Mặc dù công nghệ chuẩn hóa, nhiều ưu điểm, nhưng tại các nước OECD, mới có khoảng 5% thành phần hữu cơ chất thải đô thị (OFMSW) được phân hủy; ưu tiên xử lý vẫn bằng hình thức đốt. Thực tế này đòi hỏi kinh tế sinh học tuần hoàn phải có những xúc tiến mạnh mẽ hơn giải pháp xử lý sinh học kỵ khí trong phát triển.

4.4. Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

Quản lý nước thải giữ vai trò trung tâm của an ninh nguồn nước trong một thế giới mà áp lực nước ngọt ngày càng gia tăng. Tại các nước đang phát triển, hiện nay khoảng 90% lượng nước thải và 70% chất thải công nghiệp thải ra nước mặt không được xử lý. Nhiều vấn đề nghiêm trọng trong xử lý có thể giải quyết đơn giản bằng việc áp dụng hiệu quả các công nghệ xử lý nước thải sinh học. Kết hợp mục tiêu xử lý nước với kinh tế sinh học được xem là một giải pháp vượt qua thách thức để tạo ra một ngành công nghiệp mới mà nhà máy sinh học nước thải (WWBR) được coi là một phần của sự kết hợp này.

4.5. Sản xuất nhựa từ nước thải

Cacbon hữu cơ trong nước thải sinh hoạt có thể được chuyển đổi bằng cách nuôi cấy hỗn hợp vi sinh vật thành nhựa sinh học (PHA). Quy trình xử lý sinh học quy mô thí điểm đã được vận hành tại Nhà máy xử lý nước thải (WWTP) phía Bắc Brussels để đánh giá sản xuất PHA, kết hợp với các dịch vụ quản lý nước thải và bùn thải đô thị.

4.6. Sản xuất điện năng từ nước thải

Về mặt lý thuyết, các tế bào điện phân vi sinh vật (MECs) có khả năng chuyển đổi bất kỳ chất thải phân hủy sinh học nào thành hydro, nhiên liệu sinh học và các sản phẩm có giá trị gia tăng khác. Tích hợp công nghệ MEC vào xử lý sinh học lignocellulose mang nhiều khả nhờ tạo ra một lượng lớn nước thải chứa chất hữu cơ phân hủy sinh học, có thể dùng vào sản xuất năng lượng, góp phần phát triển tính bền vững quá trình xử lý sinh học xenlulo và phân tầng sinh khối.

Thay cho lời kết

Sử dụng sinh khối làm tài nguyên là vấn đề nổi bật của nền kinh tế sinh học tuần hoàn. Quan ngại trong sử dụng các nguồn thực phẩm và sinh khối phi thực phẩm là tạo thành nhiều nguồn 'chất thải' hoặc 'sản phẩm dư thừa' trong sản xuất công, nông nghiệp và chất thải rắn đô thị (MSW). Tác động của kinh tế sinh học tuần hoàn với việc giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu thô hoặc thay thế bằng nguyên liệu thứ cấp đồng thời với giảm phát thải khí nhà kính đã mở ra những triển vọng tốt đẹp. Tuy nhiên, tình trạng vật thải là "phế liệu" không thể sử dụng làm nguyên liệu cho các nhà máy sinh học vẫn còn phổ biến.

Theo nghĩa rộng, mâu thuẫn giữa chính sách công nghiệp và môi trường khiến thị trường chất thải có thể bị phá vỡ do những ràng buộc về chất thải và nguyên liệu đối với nhà máy sinh học. Điều này sẽ tác động sâu sắc đến quản lý chất thải và cơ sở hạ tầng công cộng. Cốt lõi của vấn đề là sử dụng sinh khối theo tầng. Với khả năng kết nối của kinh tế sinh học và kinh tế tuần hoàn, rất cần sự kết hợp những sáng kiến của cả khu vực công lẫn và tư nhân, Do vậy, cần phải hành động quyết liệt và táo bạo để có thể tránh tác động nghiêm trọng của BĐKH, sản xuất lương thực, năng lượng, an ninh nguồn nước và nhất là cạn kiệt tài nguyên.

Ở nước ta, trên nhiều mức độ khác nhau,vai trò đổi mới và công nghệ sinh học còn bị xem nhẹ, nhiều vấn đề chính sách cần được tháo gỡ nhằm thúc đẩy sự thay đổi đồng thời với loại bỏ rào cản để thay đổi. Từ thực tiễn toàn cầu và những vấn đề rút ra, hy vọng các nhà hoạch định chính sách nước nhà có những nghiên cứu,tham khảo để xây dựng một chiến lược phát triển thích hợp trong qua trình phát triển bền vững quốc gia./.  Trung Đức tổng hợp

Địa chỉ liên lạc                Lê Thành Ý 19b/668 Đường Lạc Long Quân,  Quận Tây Hồ Hà Nội

               Mob 0829848231; Email Lethanhy 05@gmail.com           

Bạn đang đọc bài viết "KINH TẾ SINH HỌC TUẦN HOÀN-VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI" tại chuyên mục Kinh tế - Thị trường.

Cảm ơn bạn đã tìm hiểu những thông tin tham khảo về: Tin tức hoạt động nội bộ của VIỆN NGHIÊN CỨU TRUYỀN THỐNG VÀ PHÁT TRIỂN - TADRI và thông tin về sản phẩm dịch vụ do Viện phối hợp với đối tác, khách hàng giới thiệu trên Website http://doithoaivanhoa.vn/ theo Quy định tại Khoản 3, Điều 20, Nghị định số 72/2013/NĐ - CP ngày 15/07/2013 của Chính phủ.