Từ Rác thành Khí đốt: Năng lượng Sinh khối

Sẽ thật thú vị khi lái xe qua miền đồng quê xinh đẹp vào một ngày mùa hè, với những ô cửa xe được hạ xuống và tóc bạn bay trong gió. Thế nhưng nếu bạn lái xe qua một trang trại nuôi bò, bạn chắc cần kéo cửa sổ lên trở lại! Mặc dù mùi của phân từ những chú bò và các gia súc khác có thể rất nồng nặc và khó chịu, chất thải đó lại là một nguồn năng lượng dồi dào có thể được dùng để vận hành trang trại.

Phân súc vật không chỉ là chất thải mà còn là một nguồn năng lượng dồi dào. Thứ bạn có thể nghĩ “chỉ là rác thải,” có thể thực sự được chuyển thành năng lượng. Các cây trồng đã chết, thức ăn phân hủy, vụn gỗ, mùn cưa, phần thừa của cây trồng, vỏ hạt, và các sản phẩm giấy đều là những ví dụ của sinh khối, là những nguyên liệu tự nhiên hoặc hợp chất hữu cơ, chúng có thể được dùng để tạo ra năng lượng.

Việc lấy năng lượng từ sinh khối có khó không? Không; trong thực tế, người ta đã làm việc này trong hàng ngàn năm nay rồi. Nếu bạn đã từng ngồi quanh một đống lửa trại hay lò sưởi, bạn đã từng được sưởi ấm bằng việc đốt cháy sinh khối. Sinh khối có thể được đốt cháy ở quy mô lớn hơn để tạo ra điện. Sinh khối (như là cây trồng đang mục nát, rác thải nông trại, rác thải gỗ, hay rác thải công nghiệp) được chở bằng các xe tải lớn tới một lò đốt rác khổng lồ, ở đó nó sẽ được đốt và nhiệt lượng được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước, và chạy một máy phát điện bằng hơi nước để sản xuất điện. Năng lượng sinh khối được xem như là một dạng năng lượng tái tạo, nghĩa là nó có thể được thay thế bởi tự nhiên. Năng lượng sinh khối, cùng với các nguồn năng lượng tái tạo khác, như thủy điện, năng lượng mặt trời, địa nhiệt và năng lượng gió, cung cấp 7% trong tổng nhu cầu năng lượng của Hoa Kỳ, và tỉ lệ đó đang được kỳ vọng tăng lên.

Bên cạnh việc đốt cháy, bạn có thể thu được năng lượng từ sinh khối bằng cách nào khác? Bạn có thể biến đổi nó thành một chất lỏng hoặc một chất khí. Việc biến đổi nó thành một chất lỏng liên quan đến một quá trình được gọi là lên men, quá trình này chuyển một số dạng sinh khối – chẳng hạn ngô hay mía – thành một loại nhiên liệu chứa cồn, được gọi là rượu ethanol, có thể cung cấp năng lượng cho xe ô tô hoặc được sử dụng như nhiên liệu nấu ăn. Việc biến đổi nó thành một chất khí về cơ bản là điều mà những chú bò làm một cách tự nhiên trong hệ thống tiêu hóa của chúng, sử dụng vi khuẩn để chuyển sinh khối thành khí mê tan, là thành phần chính trong khí thiên nhiên. Khí thiên nhiên là một nhiên liệu quan trọng cho việc sưởi ấm các căn nhà; vận hành lò sưởi, bếp lò, và máy sấy khô; sản xuất điện và phân bón; và vận hành các loại xe ô tô và xe tải đặc biệt. Khí thiên nhiên khi được tạo ra từ sinh khối thì được gọi là khí sinh học.

Trong các môn thể thao hiếu khí (aerobic) – như chạy, đi bộ, bơi lội, khiêu vũ, và đạp xe – khí ôxy được sử dụng để sinh ra năng lượng cần thiết nhằm duy trì hoạt động thể chất trong một thời gian dài. Đối với việc tạo ra khí sinh học, loại môi trường đối lập là cần thiết để sinh ra năng lượng. Khí sinh học được tạo bởi các vi khuẩn kỵ khí đặc biệt, là các vi sinh vật sống trong môi trường không có khí ôxy. Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ sinh khối thành khí mê tan trong một chuỗi quá trình được gọi là sự tiêu hóa kỵ khí. Khí sinh học có thể được hút ra trực tiếp từ bãi thải, nơi mà các nhân viên vệ sinh môi trường đổ rác và chôn lấp rác thải của con người, hoặc từ máy tạo khí sinh học nơi các nông dân và kỹ sư trộn sinh khối với vi khuẩn kỵ khí.

Trong dự án năng lượng này, bạn sẽ khám phá ra các loại sinh khối nào có thể tạo ra nhiều khí sinh học. Các loại sinh khối bạn sẽ khảo sát là phân bò, và phân bò trộn với vỏ rau củ hoặc với chuối nghiền. Bạn sẽ tìm hiểu bao nhiêu khí sinh học mà mỗi loại sinh khối tạo ra bằng cách làm đầy mỗi chai nước ngọt rỗng với những loại sinh khối khác nhau này, bịt kín mỗi chiếc chai với một quả bóng bay, và đo mức độ phồng lên của các quả bóng (hầu như phồng lên bởi khí mê tan) sau một vài ngày. Loại sinh khối nào tạo ra nhiều khí sinh học nhất?

1. Có thể so sánh lượng khí sinh học được sản xuất từ các loại sinh khối khác nhau.

1. Làm thế nào bạn có thể lấy năng lượng từ sinh khối?
2. Vỏ rau củ và chuối nghiền khác nhau như thế nào? Những sự khác nhau này có thể ảnh hưởng như thế nào đối với cách những thực phẩm này có thể được sử dụng để tạo ra khí sinh học?
3. Năng lượng sinh khối có ảnh hưởng tới sự nóng lên toàn cầu?
4. Năng lượng sinh khối có phải là một nguồn năng lượng các-bon trung tính?
5. Có điều gì đặc biệt về vi khuẩn tạo ra khí sinh học?