Biokerosen - Nhiên liệu giảm phát thải cacbon trong ngành hàng không?

Cho đến năm 2050, triển vọng về mức tăng trưởng của ngành hàng không ước tính khoảng 5% mỗi năm, từ đó đặt ra vấn đề về việc cần phải đa dạng hóa các nguồn cung ứng nhiên liệu.

Năm 2016, Tổ chức Vận chuyển hàng không (ATAG) đã đại diện cho toàn ngành hàng không thế giới đưa ra một thỏa thuận toàn cầu với 3 mục tiêu: cải thiện trung bình 1,5% hiệu quả nhiên liệu hằng năm đến năm 2020, sau năm 2020 hạn chế lượng phát thải khí CO₂ và giảm một nửa mức phát thải khí CO₂ toàn cầu vào năm 2050 so với mức của năm 2005.

Nếu vẫn chưa có những thay đổi đáng kể nào trong công nghệ chế tạo động cơ và vòng đời của máy bay (khoảng 25 năm), thì loại nhiên liệu sinh học dành cho máy bay (biokerosen) hiện được xem như giải pháp giúp đạt được những mục tiêu đầy tham vọng trên. Biokerosen là nhiên liệu hóa lỏng được pha trộn giữa nhiên liệu sinh học và dầu hỏa hóa thạch (dầu Jet A/A1), mà không cần phải thay đổi động cơ máy bay, nguồn cung ứng hay dịch vụ bảo trì.

Lợi ích của biokerosen là gì?

Do thiếu các dữ liệu chắc chắn về hàm lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính của biokerosen nên hiện nay người ta vẫn chưa thể đánh giá về các lợi ích tiềm năng của loại nhiên liệu sinh học này trong việc giảm lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính vào năm 2050.

Năm 2011, Ủy ban châu Âu đã khởi động Dự án European Advanced Biofuel FlightPath nhằm đạt mục tiêu tạo ra 2 triệu tấn biokerosen vào năm 2020, tương đương 4% mức tiêu thụ của châu Âu. Trong Sách trắng về Vận tải năm 2011, Ủy ban châu Âu nhắm tới đưa 40% loại nhiên liệu ít phát thải khí CO₂ này vào ngành hàng không vào năm 2050.

Tại Mỹ, chương trình Farm to Fly 2.0 của Cục Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) cũng đã đưa ra mục tiêu sẽ chuyển sang tiêu thụ 3,7 tỉ lít nhiên liệu biokerosen cho máy bay trong năm 2018, tương đương 5% tổng mức tiêu thụ của các hãng hàng không Hoa Kỳ.

5 quy trình sản xuất đã được chứng nhận

Để đạt được sự chấp thuận trong việc sử dụng bất kỳ loại nhiên liệu máy bay mới nào là một quá trình rất cẩn thận, rườm rà và tốn kém (lên đến 10 triệu USD) và kéo dài 3-6 năm. Hiện tại, 5 quy trình sản xuất biokerosen đã được chứng nhận đầy đủ theo các tiêu chuẩn của ASTM D4053. Các loại biokerosen đã được chứng nhận này được mô tả bằng cấu trúc và tính chất hóa học của chúng (độ nhớt, nhiệt độ chưng cất), chỉ được cho phép trộn lẫn với dầu Jet A/Jet A1, với tỷ lệ từ 10% đến 50% tối đa mức cho phép, tùy theo từng loại dầu.

Tuy nhiên, chỉ 1 trong 5 quy trình đã được chứng nhận trên (dầu hỏa sinh học HEFA-SPK), được sản xuất bởi Công ty Altair tại California, là hiện đang được bán và phân phối trên thị trường. Kể từ tháng 3-2016, người ta đã bắt đầu pha trộn 30% loại dầu này với dầu JetA/A1 để dùng cho các chuyến bay tại Sân bay Los Angeles của Mỹ. Ngoài ra, nhiều dự án công nghiệp cũng đang được tiến hành tại châu Âu và Hoa Kỳ. Từ năm 2011 đến cuối năm 2017, đã có hơn 45.000 chuyến bay thương mại của khoảng 20 hãng hàng không đã thử nghiệm loại biokerosen này. Tại Pháp, chương trình “Lab’line for the future” của Hãng hàng không Air France được xem như là một minh chứng cho thấy sự cần thiết trong việc sử dụng biokerosen trong các chuyến bay thương mại.

11 quy trình sản xuất biokerosen bằng chất béo và lignocellulose vẫn đang trong quá trình chờ cấp chứng nhận. Các quy trình này là kết quả của sự kết hợp giữa các quy trình lọc dầu và tinh chế sinh học. Về lâu dài, các công nghệ sử dụng vi tảo và vi khuẩn lam đã mang lại những triển vọng rất đáng mong đợi. Nhưng mức độ “thành thục” về mặt công nghệ kỹ thuật của quá trình này vẫn còn quá thấp để có thể xem xét đến việc cấp chứng nhận.

Những thách thức của quá trình công nghiệp hóa

Từ những thành tựu đạt được trong việc sản xuất biokerosen đã cho thấy sự khả thi về mặt công nghệ trong thời đại hiện nay. Tuy nhiên, quá trình công nghiệp hóa luôn có nhiều thách thức. Vấn đề đầu tiên là việc giảm chi phí sản xuất (trong quy trình và nguyên vật liệu ban đầu).

Việc phát triển thương mại của biokerosen cần phải được khôi phục theo quy mô của các thị trường nội địa. Năm 2015, mức tiêu thụ về dầu hỏa của châu Âu đã tăng lên đến 41,6 Mtep, tương đương 8,6% sản lượng dầu. Trong khi đó, mức tiêu thụ của nhiên liệu sinh học (ethanol và dầu diesel sinh học) dành cho các phương tiện vận chuyển mặt đất đạt 14,2 Mtep trong các quốc gia tại EU năm 2015.

Biokerosen chỉ được xem là hợp pháp, có thể sử dụng nếu loại dầu này giúp giảm lượng phát thải GES. Tuy nhiên, vẫn có quá ít các dữ liệu được công bố về các đặc tính của loại dầu này ở thời điểm hiện tại. Việc cung cấp các dữ liệu về GES của các loại dầu hỏa sinh học cũng là một điều kiện trọng tâm trong quá trình phát triển loại dầu này, nhất là khi vẫn chưa có các giải pháp thay thế thực sự để giảm phát thải khí CO₂ trong ngành hàng không với quy mô lớn.