Nghiên cứu đột phá biến khí Methane (CH4) thành một dạng giàu Protein làm thức ăn cho nghành thủy sản

Điều này giống như một sự không tưởng, giờ đây, một phân tích đầu tiên của Đại học Stanford (Mỹ) đánh giá tiềm năng thị trường của phương pháp này, trong đó vi khuẩn được cung cấp khí mê-tan khi hoạt tính sẽ phát triển thành bột cá giàu protein.

Nghiên cứu được công bố ngày 22/11 trên tạp chí Nature S Bền vững, 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 sản phẩm bột cá làm thức ăn thông thường.

Họ cũng nhấn mạnh việc giảm chi phí khả thi có thể làm cho phương pháp tiếp cận có lợi nhuận bằng cách sử dụng các nguồn khí mêtan khác và có khả năng đáp ứng tất cả nhu cầu thức ăn cho cá toàn cầu.

Hai vấn đề, một giải pháp

Mặc dù carbon dioxide dồi dào hơn trong khí quyển, nhưng 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 các nhà khoa học nghiên cứu và thông báo chính thức.

Khí mêtan cũng đe dọa chất lượng không khí bằng cách làm tăng nồng độ ozon đối lưu, tiếp xúc với khí này gây ra ước tính khoảng một triệu ca tử vong sớm hàng năm trên toàn thế giới do các bệnh về đường hô hấp.

Nồng độ tương đối của methane 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 phát triển trong một lò phản ứng sinh học được 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 bột cá làm từ cá nhỏ hoặc thức ăn từ thực vật cần đất, nước và phân bón.

Đồng tác giả nghiên cứu Craig Criddle, giáo sư về môi trường và dân dụng, cho biết: “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. Họ nhận định "Điều này sẽ dẫn đến nhiều lợi ích. Bao gồm mức độ giảm 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 giàu protein và vi chất dinh dưỡng quan trọng trên toàn cầu, đã tăng hơn 4 lần kể từ năm 1960. Do đó, nguồn cá tự nhiên bị cạn kiệt nghiêm trọng và các trang trại nuôi cá hiện cung cấp khoảng một nửa số hải sản có nguồn gốc thủy sản mà chúng ta ăn. 

Thách thức sẽ chỉ tăng lên khi nhu cầu toàn cầu đối với động vật thủy sinh, thực vật và tảo có thể sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050, theo đánh giá toàn diện về lĩnh vực này do các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford.

Trong khi các sinh vật siêu dưỡng 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 Stanford đã mô hình hóa các kịch bản trong đó methane 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 tác động, bao gồm chi phí điện và sự sẵn có của 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 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 khí mê-tan 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 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 xôi. 

Trong các tình huống liên quan đến methane 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.

Đồng tác giả nghiên cứu Evan David Sherwin, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về kỹ thuật 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 tốt cho khí tự nhiên mắc kẹt”. "Một khi chúng tôi bắt đầu xem xét các hệ thống năng lượng và thực phẩm cùng nhau, rõ ràng là chúng tôi có thể giải quyết ít nhất hai vấn đề tồn tại cùng một lúc."

Nghiên cứu được tài trợ bởi Trung tâm Đổi mới Sức khỏe Toàn cầu Stanford và Sáng kiến ​​Khí đốt Tự nhiên Stanford.

Theo Tạp chí Điện tử