Khoảng 45,000 máy bay bay qua Mỹ hàng ngày, chở khoảng 1.7 triệu hành khách, khiến lĩnh vực hàng không dân dụng trở thành yếu tố đóng góp lớn nhất vào lượng khí thải carbon dioxide hàng không trên toàn cầu và chịu trách nhiệm cho hơn 1/4 tổng lượng khí thải từ các hoạt động bay thương mại.

Nghiên cứu mới được công bố ngày14/11 trên tạp chí Nature Sustainability cho thấy, con đường hướng tới quá trình khử carbon hoàn toàn trong sử dụng nhiên liệu hàng không Mỹ bằng giải pháp thay thế nhiên liệu máy bay thông thường bằng nhiên liệu sinh học sản xuất bền vững.

 Nhiên liệu sinh học từ cỏ miscanthus thay thế nhiên liệu thông thường cho hàng không dân dụng Mỹ

Công trình nghiên cứu mới do nhóm nhà khoa học thuộc Đại học bang Arizona (ASU) dẫn đầu đã xác định, triển khai trồng cỏ miscanthus trên 23,2 triệu ha đất nông nghiệp cận biên hiện có trên khắp nước Mỹ, vùng đất thường bị bỏ hoang hoặc chất lượng đất kém cung cấp đủ nguyên liệu sinh khối đáp ứng nhu cầu nhiên liệu lỏng của ngành hàng không quốc gia này hoàn toàn từ nhiên liệu sinh học.

TS Địa lý học Nazli Uludere Aragon, đồng tác giả trong nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã chứng minh được, Mỹ có thể khử carbon trong nhiên liệu của hàng không thương mại, mà không cần phải chờ điện khí hóa động cơ của máy bay,".

"Nếu chúng ta nghiêm túc về với kế hoạch đạt được mức phát thải khí nhà kính ròng bằng không, chúng ta cần phải đối phó với lượng khí thải từ hoạt động vận tải thương mại hàng không, dự kiến sẽ tiếp tục tăng theo kịch bản kinh doanh bình thường. Tìm kiếm những nguồn nhiên liệu lỏng thay thế, bền vững hơn cho ngành hàng không là chìa khóa để giải quyết vấn đề này".

Tích hợp hệ sinh thái, khí hậu thủy văn và kinh tế trong nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học sử dụng một khung tổng hợp đánh giá kinh tế, mô hình khí hậu thủy văn, mô hình sinh thái và mô hình kinh tế đánh giá những địa bàn thực vật mang năng lượng, có thể được sử dụng làm nhiên liệu phản lực sinh học từ trồng trọt thực vật năng lượng bền vững, căn cứ vào những tiêu chí đánh giá cả hiệu quả kinh tế và môi trường.

Những tiêu chí cũng được mở rộng. Trước tiên, nhóm nghiên cứu xác định và đánh giá địa điểm tồn tại các vùng đất nông nghiệp cận biên tối ưu ở Mỹ đồng thời xem xét, liệu có thể trồng các loại cây năng lượng phù hợp trên đất mà không cần sử dụng thêm nước hay không.

Sau khi xác định vị trí những vùng đất tốt nhất để canh tác, nhóm nhà khoa xem xét liệu việc trồng trọt cây nguyên liệu năng lượng trên những vùng đất này có ảnh hưởng bất lợi đến khí hậu xung quanh hoặc độ ẩm của đất hay không? định lượng lượng nhiên liệu phản lực sinh học có thể được sản xuất.

PGS, TS Nathan Parker, một trong những tác giả của nghiên cứu cho biết: "Phương thức sản xuất nhiên liệu máy bay bền vững là sử dụng đất đai kém hiệu quả trong lương thực và không trồng trọt trên quy mô lớn. Có rất ít giải pháp để hàng không dân dụng phát thải carbon thấp với tác động khí hậu thấp tương ứng, đây là một phương pháp khả thi, có thể khiến ngành hàng không trung hòa carbon bằng nhiên liệu sinh học nông nghiệp."

Các nhà khoa học nhấn mạnh, quan điểm cân bằng lợi ích của hệ thống tích hợp này rất quan trọng đối với nghiên cứu. Trước đây, nghiên cứu về tiềm năng của nhiên liệu sinh học chủ yếu bao gồm những đánh giá riêng lẻ chưa được tích hợp như xem xét dữ liệu chính về phương thức cây trồng nhằm thay đổi che phủ và ảnh hưởng đến khí hậu môi trường xung quanh nhưng không tích hợp với các đánh giá kinh tế.

PGS Matei Georgescu, đồng tác giả của nghiên cứu, Giám đốc của Trường Khoa học Địa lý và Quy hoạch Đô thị tại Trung tâm nghiên cứu khí hậu đô thị tại ASU thuộc ASU cho biết: “Khi trồng trọt trên những khu vực được thiết kế chiến lược, việc trồng những loại cây này sẽ tác động đến khí hậu. Nếu có sự thay đổi trong cảnh quan và thảm thực vật như tăng hoặc giảm lượng thực vật, thì sẽ có những tác động đối với khí hậu ở quy mô địa phương đến khu vực, bao gồm lượng mưa nhiều hơn hoặc ít hơn, nhiệt độ ấm hơn hoặc mát hơn.”

Để giải thích cho những tương tác mặt đất - khí quyển, nhóm nghiên cứu đã lấy kết quả đầu ra từ mô hình khí hậu thủy văn để cung cấp thông tin cho mô hình hệ sinh thái của họ. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế đối với nông dân khi trồng những loại cỏ này.

Những giải pháp ứng dụng trong thế giới thực

Đối với bất kỳ chương trình triển khai trồng trọt nguyên liệu thô sinh học cho một lộ trình năng lượng thay thế, các giải pháp áp dụng cần phải có ý nghĩa kinh tế.

Lợi nhuận tài chính cho mục đích sử dụng của các vùng đất đã nêu được nghiên cứu kỹ lưỡng và đánh giá cao vì một số khu vực được sử dụng cho đất đồng cỏ chăn nuôi hoặc trồng ngô, đậu nành và nhiều loại cây trồng khác. Các nhà khoa học đã xác định, trồng cỏ miscanthus hoặc switchgrass sẽ thu lợi nhiều hơn khi được sử dụng để sản xuất nhiện liệu sinh học, thay thế việc sử dụng đất hiện nay ở các khu vực.

TS Aragon nói: "Những vùng đất mà chúng tôi xác định đang được chủ sở hữu khai thác sử dụng cho những mục đích nông nghiệp khác nhau. Tiềm năng nhiên liệu sinh học hiệu quả về chi phí từ nguyên liệu sinh khối phụ thuộc rất lớn vào việc sử dụng quay vòng đất để có được sản lượng lớn hơn và làm giàu đất từ các loại cây trồng khác nhau."

Trong thông kế phân tích, các nhà nghiên cứu xác định, cỏ miscanthus là nguyên liệu thô hứa hẹn nhất. Nhiên liệu phản lực sinh học có nguồn gốc từ miscanthus có thể đáp ứng mục tiêu 30 tỷ gallon mỗi năm, chi phí trung bình là 4.10 USDF/gallon (3.5 bảng Anh/gallon).

Một khuôn mẫu bền vững cho tương lai

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh, trong tiến trình tìm kiếm những giải pháp cho cuộc khủng hoảng khí hậu Trái đất, điều quan trọng là cộng đồng khoa học phải kết nối các nguyên lý khoa học và đạt được đỉnh phát thải. Điều đó chỉ có thể đạt được bằng những giải pháp thực tế quy mô lớn.

PGS Georgescu cho biết: “Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm liên ngành, có chuyên môn sâu về khoa học hệ sinh thái, mô hình hóa khí hậu, khoa học khí quyển và kinh tế, nghiên cứu này là kết quả đỉnh cao của 8 năm làm việc và hợp tác thiết lập các mô hình với những kỹ năng và hiểu biết chuyên môn sâu của nhiều lĩnh vực. Kinh tế học thúc đẩy quyết định của mọi người trên thực tế. Điều cực kỳ quan trọng là phải tìm ra những điều kiện tối ưu để những quyết định này phù hợp với kết quả mà môi trường mong muốn đạt được.”