Nhà máy xử lý nước thải trong tương lai có thể trực tiếp biến nước thải thành dầu thô sinh học (biocrude) chỉ trong vòng vài phút nhờ nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ.

Bien nuoc thai thanh dau tho sinh hoc - Anh 1

Bùn thải đô thị (trái) và thành phẩm dầu thô sinh học (phải)

Khi nguồn cung không đủ cầu sẽ khiến con người ngày càng phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch. Do đó, trong lĩnh vực khai thác năng lượng, các nhà khoa học sẽ ưu tiên lựa chọn công nghệ nhiên liệu sinh học. Một mặt giải quyết được nhu cầu trong các ngành sản xuất, giao thông, mặt khác giúp nhân loại giảm tối đa những tác động xấu từ thảm họa do hiệu ứng nhà kính, hậu quả của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Để có được loại dầu thô sinh học (biocrude), các nhà khoa học thuộc PNNL đã mô phỏng các điều kiện địa chất tự nhiên của trái đất, sử dụng nhiệt độ và áp suất cao chỉ trong vòng vài phút, thay vì mất hàng triệu năm như trong tự nhiên. Sau đó, dầu thô sẽ được tinh chế như dầu hóa thạch thông thường.

Công nghệ hóa lỏng thủy nhiệt (HTL) được biết đến là một phương pháp biến đổi chất hữu cơ có trong nước thải, hay cụ thể hơn là bùn thải thành những chất hóa học đơn giản hơn. Theo đó, nhờ nhiệt độ và áp suất cao sẽ phá vỡ các cấu trúc hóa học trong bùn thải thành nhiều thành phần khác nhau, trong đó có dầu thô và dung dịch lỏng. Ngoài ra, công nghệ HTL cũng có thể dùng để sản xuất dầu thô sinh học từ các loại nguyên liệu lỏng, kể cả chất thải từ nông nghiệp. “Chúng tôi đã nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ chuyển đổi thủy nhiệt trong hơn 6 năm qua để tạo ra một quá trình liên tục và mở rộng nó, trong đó cho phép sử dụng cả các chất thải từ nông nghiệp”, Corinne Drennan, chuyên gia nghiên cứu công nghệ năng lượng sinh học tại PNNL cho biết.

Hiện nay, không chỉ ở các đô thị lớn mà ngay ở cả các vùng nông thôn, tình trạng ô nhiễm ngày càng trở nên trầm trọng. Đặc biệt, nước thải sinh hoạt đang làm chết dần các dòng sông. Chính vì vậy, nghiên cứu của các nhà khoa học PNNL biến bùn thải thành dầu thô sinh học là một bước tiến lớn. Mặc dù vậy, các nhà khoa học cũng đã gặp phải vấn đề phức tạp khi tiến hành thử nghiệm. “Khó khăn lớn nhất trong việc sử dụng bùn thải làm nguồn nguyên liệu sản xuất dầu thô là nó có độ ẩm quá cao, cần phải sấy khô trước khi thực hiện các quy trình tiếp theo”, Corinne Drennan cho biết.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học làm tăng áp suất của hỗn hợp nguyên liệu đầu vào lên 204 atm, gấp 100 lần so với áp suất trong lốp xe hơi. Bùn điều áp sau đó đi vào hệ thống lò phản ứng hoạt động ở khoảng 349°C. Nhiệt độ và áp suất cao phá vỡ bùn thải thành nhiều thành phần khác nhau, bao gồm dầu thô sinh học và một dung dịch lỏng. “Bùn thải đô thị chứa rất nhiều carbon cũng như chất béo. Chất béo tạo điều kiện cho việc chuyển đổi các vật liệu khác trong nước thải như giấy vệ sinh diễn ra thuận lợi, giúp bùn thải di chuyển qua lò phản ứng một cách dễ dàng và sản xuất dầu thô sinh học có chất lượng cao. Khi tinh chế, dầu thô sinh học sẽ trở thành xăng, dầu diesel và nhiên liệu máy bay phản lực”, Corinne Drennan cho biết.

Nghiên cứu của các nhà khoa học PNNL sẽ giúp chúng ta giảm tối đa hoạt động xử lý bùn thải đô thị của các công ty môi trường. Mặt khác, các phụ phẩm còn lại sau quá trình xử lý sẽ được dùng trong sản xuất nông nghiệp như một loại phân bón. Nhóm các nhà khoa học còn khẳng định, công nghệ của họ không ảnh hưởng tới bất kỳ hoạt động khai thác dầu mỏ của công ty nào, mà nó còn là lựa chọn mới, tầm nhìn của tương lai trong việc khai thác nguồn nhiên liệu sinh học.

Mới đây, PNNL cũng đã cấp phép cho Tập đoàn Genifuel ở Utar và hợp tác với Metro Vancouver của Canada để xây dựng nhà máy sản xuất dầu thô sinh học từ bùn thải áp dụng công nghệ HTL, dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2018.