Trước sức ép của biến đổi khí hậu và nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, thế giới đang khẩn trương tìm kiếm giải pháp thay thế nhiên liệu truyền thống. Những sáng tạo công nghệ mới không chỉ hướng tới giảm phát thải mà còn tạo nên sự đột phá về hiệu quả sử dụng năng lượng. Trong bối cảnh đó, xăng sinh học nổi lên như một lựa chọn tiềm năng, mở ra hướng đi bền vững cho tương lai.
Định nghĩa xăng sinh học
Xăng sinh học (tiếng Anh: gasohol hoặc biogasoline) là loại nhiên liệu được tạo ra từ sự phối trộn xăng thông thường với ethanol sinh học – một loại cồn sinh học được sản xuất nhờ quá trình lên men các nguyên liệu hữu cơ như ngô, sắn, mía, lúa mì, thậm chí từ phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, bã mía hay gỗ vụn. Thành phần phổ biến nhất là xăng sinh học ethanol, trong đó ethanol đóng vai trò vừa là phụ gia tăng chỉ số octane, vừa là nguồn năng lượng sạch thay thế.
Các tỷ lệ phối trộn được phân loại theo nồng độ ethanol, ví dụ: E5 (5% ethanol, 95% xăng khoáng), E10 (10% ethanol), và hỗn hợp cao hơn như E85 dành cho các dòng xe chuyên dụng gọi là flex fuel vehicles (FFVs). Với chỉ số octane đạt tới 109 – cao hơn nhiều so với xăng A92 hay A95 – ethanol giúp động cơ hoạt động ổn định, giảm nguy cơ kích nổ sớm và góp phần cải thiện hiệu suất.
Điểm khác biệt của xăng sinh học so với xăng pha phụ gia hóa thạch khác nằm ở chỗ ethanol không chỉ là chất phụ trợ, mà còn có thể được xem như một loại nhiên liệu độc lập. Trên lý thuyết, E100 (ethanol nguyên chất) hoàn toàn có thể thay thế xăng truyền thống, nhưng để vận hành hiệu quả, động cơ phải được thiết kế phù hợp. Hiện nay, E5 và E10 là hai loại được ứng dụng rộng rãi nhất tại Việt Nam cũng như nhiều quốc gia, đóng vai trò là bước chuyển dịch quan trọng trong lộ trình giảm dần phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Nhờ nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo, xăng sinh học ethanol được đánh giá cao về khả năng giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời mở ra tiềm năng phát triển một nền năng lượng bền vững, thân thiện với môi trường.
Quy trình sản xuất ethanol trong xăng sinh học
Ethanol trong xăng sinh học được sản xuất thông qua một chuỗi quy trình tương tự như các loại nhiên liệu sinh học khác (biodiesel, biogas). Nguồn nguyên liệu có thể đến từ nông nghiệp (ngô, mía đường, củ cải đường, lúa mì, cao lương, củ cúc vu), phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, bã mía), hay thậm chí chất thải gỗ, giấy trong đô thị. Điểm chung là tất cả đều phải chứa lượng đường hoặc tinh bột đủ cao để chuyển hóa thành ethanol.
Quy trình sản xuất ethanol cơ bản gồm bốn giai đoạn:
- Xử lý nguyên liệu: tách chiết dung dịch đường từ tinh bột hoặc cellulose.
- Lên men: nhờ nấm men hoặc vi khuẩn, đường được chuyển hóa thành ethanol và khí CO₂ (có thể tận dụng trong công nghiệp đồ uống có gas).
- Chưng cất: tách ethanol ra khỏi dung dịch lên men, thu hỗn hợp chứa khoảng 95,6% ethanol.
- Khử nước: dùng chất hấp thụ hoặc chưng cất bổ sung để tạo ethanol khan – loại ethanol có độ tinh khiết cao dùng pha chế xăng sinh học (gasohol).
Một yếu tố đáng chú ý là giá trị phụ phẩm sau quá trình sản xuất. Bã từ ngũ cốc giàu protein có thể tái sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, trong khi phụ phẩm từ cellulose ít dinh dưỡng hơn. Nhờ vậy, chu trình sản xuất ethanol không chỉ tạo ra nhiên liệu thay thế cho dầu mỏ mà còn góp phần tận dụng tài nguyên phụ phẩm, giảm chất thải ra môi trường.
Hiện nay, công nghệ sản xuất ethanol đã được cải tiến mạnh mẽ, hướng tới việc khai thác tối đa nguyên liệu sinh khối và tăng hiệu suất chuyển hóa. Đây chính là bước tiến quan trọng để xăng sinh học trở thành nguồn năng lượng tái tạo bền vững, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.
So sánh xăng sinh học với nhiên liệu thông thường
| Nhiên liệu | Mật độ năng lượng (MJ/L) | Tỉ lệ nhiên liệu – khí | Năng lượng riêng (MJ/kg) | Nhiệt bay hơi (MJ/kg) | RON | MON |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Xăng (truyền thống) | 34.6 | 14.6 | 46.9 | 0.36 | 91–99 | 81–89 |
| Nhiên liệu butanol | 29.2 | 11.2 | 36.6 | 0.43 | 96 | 78 |
| Nhiên liệu etanol | 24.0 | 9.0 | 30.0 | 0.92 | 129 | 102 |
| Nhiên liệu methanol | 19.7 | 6.5 | 15.6 | 1.20 | 136 | 104 |
Nhìn chung, xăng sinh học mang lại lợi thế về giảm phát thải và chỉ số octan, song để thay thế hoàn toàn xăng truyền thống cần cải tiến công nghệ động cơ và hạ tầng nhiên liệu.
Lợi ích nổi bật của xăng sinh học
Sự phát triển của xăng sinh học không chỉ dừng lại ở việc thay thế một phần nhiên liệu truyền thống mà còn tạo nên nhiều lợi ích bền vững cho môi trường, kinh tế và xã hội. Với nền tảng từ nguồn nguyên liệu tái tạo, loại nhiên liệu này đang trở thành một trong những giải pháp chiến lược trong lộ trình giảm phát thải toàn cầu.
- Hạn chế khí thải độc hại: So với xăng dầu truyền thống, xăng sinh học giúp giảm đáng kể lượng CO₂, SO₂ và các hợp chất gây hiệu ứng nhà kính, góp phần cải thiện chất lượng không khí đô thị.
- Tận dụng phụ phẩm nông nghiệp: Các nguyên liệu như sắn, mía, ngô, rơm rạ được đưa vào quá trình sản xuất, biến phế thải thành giá trị, đồng thời giảm gánh nặng xử lý môi trường.
- Giảm phụ thuộc nhập khẩu dầu mỏ: Việc ứng dụng rộng rãi nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia tăng tính tự chủ năng lượng, giảm áp lực từ biến động giá dầu thế giới.
- Thúc đẩy kinh tế nông thôn: Chuỗi giá trị sản xuất xăng sinh học mở ra cơ hội việc làm mới cho nông dân, doanh nghiệp chế biến và lĩnh vực logistic, từ đó kích thích phát triển bền vững.
Có thể thấy, xăng sinh học không chỉ là giải pháp năng lượng thay thế mà còn là bước đi dài hạn, gắn kết giữa bảo vệ môi trường, phát triển kinh tế nông nghiệp và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
Sử dụng xăng sinh học ảnh hướng đến động cơ xe thế nào?
Việc sử dụng xăng sinh học E5 đã được nhiều nghiên cứu và báo cáo, trong đó có Cẩm nang Xăng sinh học của Bộ Công Thương, chứng minh rằng loại nhiên liệu này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn mang lại lợi ích rõ rệt cho động cơ.
Trước hết, ethanol trong xăng sinh học có trị số octan cao (tới 109), khi pha vào xăng giúp tăng khả năng chống kích nổ, nhờ đó động cơ vận hành mượt mà và ổn định hơn. Hàm lượng oxy dồi dào trong E5 cũng hỗ trợ quá trình cháy diễn ra triệt để, góp phần tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc hại. Thực tế cho thấy, khi chuyển đổi từ xăng khoáng sang E5, người dùng không cần phải điều chỉnh hay thay đổi cấu hình động cơ, điều này đảm bảo tính tiện lợi và an toàn.
Một ưu điểm quan trọng khác là giảm phát thải. Các thử nghiệm chỉ ra rằng động cơ chạy bằng E5 thải ra lượng CO và HC thấp hơn đến 20% so với khi sử dụng A92 hay A95. Đây là bước tiến lớn trong bối cảnh ngành giao thông vận tải đang phải đối mặt với áp lực cắt giảm ô nhiễm không khí. Đồng thời, nhờ khả năng bay hơi tốt, hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong buồng đốt đồng đều hơn, giúp xe tăng tốc tốt hơn.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng với tỷ lệ ethanol cao hơn 10%, có thể phát sinh hiện tượng ăn mòn một số chi tiết bằng kim loại, cao su hoặc polymer. Ở mức E5 (chỉ 5% ethanol), nguy cơ này gần như không đáng kể. Chính sự cân bằng giữa hiệu quả vận hành, bảo vệ động cơ và lợi ích môi trường khiến xăng sinh học trở thành một giải pháp bền vững cho ngành năng lượng giao thông trong tương lai.
Xăng sinh học đang được những nước nào sử dụng?
Nếu ở Việt Nam, xăng sinh học (E5, E10) mới được đưa vào lộ trình bắt buộc trong những năm gần đây, thì trên thế giới loại nhiên liệu này đã có lịch sử phát triển lâu dài, gắn liền với nhiều giai đoạn biến động của thị trường dầu mỏ. Ngay từ thập niên 1930, ethanol từng được thử nghiệm làm nhiên liệu thay thế, nhưng chỉ đến khi khủng hoảng năng lượng những năm 1970 bùng nổ, các quốc gia mới bắt đầu quan tâm mạnh mẽ hơn. Đến nay, hơn 50 quốc gia đã sử dụng xăng sinh học ở nhiều cấp độ khác nhau, với những chính sách bắt buộc hoặc khuyến khích từ phía chính phủ.
Brazil
Brazil là quốc gia đi đầu về phát triển nhiên liệu sinh học, đặc biệt là ethanol từ cây mía. Ngay từ những năm 1970, nước này đã xây dựng chương trình Pro-alcool, bắt buộc pha trộn ethanol vào xăng ở mức từ E18 đến E25. Có thời điểm, Brazil thậm chí phát triển dòng xe chạy hoàn toàn bằng ethanol nguyên chất với hơn 4 triệu phương tiện lưu hành vào cuối thập niên 1980. Tuy nhiên, do biến động giá đường và nguồn cung ethanol, chương trình này dần được điều chỉnh, hiện nay các dòng xe chủ yếu sử dụng nhiên liệu E20–E25. Brazil vẫn là nhà xuất khẩu ethanol lớn nhất thế giới và được coi là “hình mẫu” cho nhiều quốc gia Mỹ Latinh, Caribê và châu Phi trong phát triển năng lượng tái tạo.
Hoa Kỳ
Mỹ chính thức vượt lên thành quốc gia sản xuất ethanol lớn nhất từ năm 2005. Chỉ trong vòng hơn một thập kỷ, sản lượng ethanol đã tăng gấp nhiều lần, đạt 13,9 tỷ gallon vào năm 2011. Hiện nay, hơn 90% nhiên liệu ethanol ở Mỹ được sử dụng dưới dạng E10. Ngoài ra, nhiều bang còn thử nghiệm và cho phép bán E15 hoặc E85 cho các dòng xe “flex-fuel” – phương tiện có thể chạy nhiều tỷ lệ ethanol khác nhau. Với hàng trăm nhà máy chưng cất ethanol hoạt động tại 29 bang, Mỹ cùng Brazil chiếm tới hơn 85% sản lượng ethanol toàn cầu.
Ấn Độ và Thái Lan
Ở khu vực châu Á, Ấn Độ đã triển khai chương trình pha trộn ethanol ở mức E5 và đang hướng đến E10. Với nguồn nguyên liệu từ mía đường và ngô, nước này đặt mục tiêu giảm phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu và cắt giảm khí thải. Tại Thái Lan, xăng sinh học cũng được khuyến khích sử dụng rộng rãi. Chính phủ đã bắt buộc pha trộn ở mức E5, E10, đồng thời giới thiệu E85 từ năm 2008, nhờ vậy thị trường nhiên liệu sinh học tại Thái Lan phát triển nhanh chóng.
Xu hướng toàn cầu
Không chỉ ở Mỹ, Brazil, Ấn Độ hay Thái Lan, nhiều quốc gia thuộc Liên minh châu Âu (EU) cũng đã ban hành chính sách bắt buộc tỷ lệ pha trộn nhiên liệu sinh học nhằm đạt các mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính. Ethanol và biodiesel trở thành hai loại nhiên liệu tái tạo phổ biến nhất, đóng vai trò then chốt trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững.
Có thể thấy, sự phổ biến của xăng sinh học phản ánh xu thế dịch chuyển năng lượng toàn cầu, từ chỗ phụ thuộc tuyệt đối vào dầu mỏ sang khai thác các nguồn nhiên liệu tái tạo, thân thiện với môi trường. Những quốc gia tiên phong như Mỹ và Brazil đã chứng minh hiệu quả kinh tế lẫn môi trường của loại nhiên liệu này, trong khi các nước đang phát triển. trong đó có Việt Nam hoàn toàn có thể học hỏi và xây dựng lộ trình phù hợp để giảm dần sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Phương tiện sử dụng được xăng sinh học
Xăng sinh học có thể được sử dụng cho nhiều loại phương tiện, tùy thuộc vào tỷ lệ pha trộn ethanol trong nhiên liệu. Với các dòng xe phổ thông, động cơ có thể chạy ổn định bằng xăng E0 – E10 mà không cần điều chỉnh kỹ thuật. Tuy nhiên, để sử dụng các loại nhiên liệu có hàm lượng ethanol cao hơn như E85, xe phải được thiết kế chuyên biệt, thường gọi là xe nhiên liệu linh hoạt (FFV – Flexible Fuel Vehicle).
Theo Hiệp hội Nhiên liệu Tái tạo (RFA), số lượng xe FFV đã tăng nhanh từ đầu những năm 2000. Các hãng lớn như General Motors, Ford, Daimler, Chrysler, Mazda, Isuzu, Mercedes và Nissan đều đầu tư mạnh vào phân khúc này. Riêng GM từng ghi dấu ấn khi doanh số xe FFV tăng từ 200.000 chiếc (2005) lên gần 600.000 chiếc (2007). Đến năm 2011, toàn cầu có khoảng 27,1 triệu xe FFV, tập trung chủ yếu ở bốn thị trường: Brazil, Mỹ, Canada và châu Âu.
Brazil nổi bật với tỷ lệ áp dụng cao: cứ 100 ô tô bán ra thì 80 chiếc là xe chạy bằng ethanol hoặc xăng pha ethanol. Mỹ cũng dẫn đầu khi đa số xe sử dụng xăng E10 và hơn 9 triệu xe FFV có thể dùng E10 – E85. Tại châu Âu, Thụy Điển trở thành hình mẫu với chính sách thuế thấp, chỗ đậu xe miễn phí cho FFV, giúp số lượng xe loại này đạt 300.000 chiếc vào năm 2009.
Điều này cho thấy, cùng với xu hướng giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, xăng sinh học đang mở rộng phạm vi ứng dụng, từ xe hơi phổ thông đến xe tải nhẹ, trở thành lựa chọn bền vững cho giao thông toàn cầu.
Lộ trình triển khai xăng sinh học tại Việt Nam
Việt Nam đã sớm đặt mục tiêu thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch bằng xăng sinh học, nhưng thực tế triển khai còn nhiều thách thức. Theo số liệu, cả nước có 6 nhà máy sản xuất ethanol từ sắn lát với tổng công suất khoảng 535 triệu lít/năm. Tuy nhiên, nhiều nhà máy phải hoạt động cầm chừng vì “càng sản xuất càng lỗ”, trung bình mỗi lít ethanol lỗ hơn 400 đồng. Một số dự án lớn như Ethanol Phú Thọ dừng hoạt động, trong khi các nhà máy khác như Đồng Xanh, Tùng Lâm hay Bioethanol Đắk Tô vẫn vận hành nhưng chưa khai thác hết công suất.
Nguyên nhân chính đến từ giá thành sản xuất cao, thị trường tiêu thụ hạn chế và mạng lưới phân phối chưa phát triển đồng bộ. Người tiêu dùng vẫn thiếu thông tin về lợi ích của xăng sinh học E5, dẫn đến tâm lý e ngại và tiếp tục ưu tiên nhiên liệu truyền thống. Ngoài ra, doanh nghiệp phân phối phải đầu tư cải tạo cơ sở hạ tầng nhưng lại chưa được hưởng cơ chế hỗ trợ tương ứng, khiến việc mở rộng hệ thống bán lẻ chậm hơn so với lộ trình đề ra.
Theo Quyết định 53/2012/QĐ-TTg, lộ trình áp dụng như sau:
- Xăng E5: từ 12/2014 áp dụng tại Hà Nội, TP.HCM, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa – Vũng Tàu; đến 12/2015 mở rộng toàn quốc.
- Xăng E10: từ 12/2016 áp dụng tại 7 tỉnh thành trên; đến 12/2017 triển khai toàn quốc.
- Ngoài ra, Chính phủ khuyến khích doanh nghiệp và cá nhân sản xuất, phối trộn và kinh doanh E5, E10 cùng diesel sinh học B5, B10 trước khi áp dụng chính thức.
Để lộ trình trở thành hiện thực, các chuyên gia đề xuất Nhà nước cần có cơ chế hỗ trợ đồng bộ hơn: từ xây dựng vùng nguyên liệu bền vững, cải tiến giống sắn năng suất cao, đến khuyến khích doanh nghiệp phân phối thông qua chính sách ưu đãi. Đồng thời, cần tăng cường truyền thông để người dân hiểu rõ lợi ích của xăng sinh học E5 và E10 trong việc giảm phát thải khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường. Khi niềm tin thị trường được củng cố, việc sử dụng xăng sinh học mới có thể phát triển bền vững, đúng với định hướng thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.
