Biến mọi chất thải... thành dầu

"Đây là một giải pháp mới cho một trong số ba vấn đề nan giải nhất mà nhân loại đang phải đương đầu" - Brian Appel, chủ tịch và là CEO của tập đoàn Changing World Technologies, công ty đã đầu tư xây dựng một nhà máy thí điểm và vừa hoàn thành việc lắp đặt một nhà máy với quy mô công nghiệp đầu tiên ở Missouri, cho biết - "Quy trình này có thể giải quyết hầu như mọi chất thải trên thế giới. Nó có thể bổ sung cho nguồn cung cấp dầu hỏa đang ngày càng cạn kiệt. Và nó có thể làm chậm lại quá trình nóng lên của trái đất".

Eureka!

Nếu đúng vậy, đây quả là một tin tốt lành. Từ nhiều năm qua, Appel đã tập hợp được một đội ngũ các nhà khoa học, các cựu quan chức chính phủ và những nhà đầu tư có hầu bao rộng rãi để phát triển và bán cái mà ông gọi là quy trình nhiệt trùng hợp. Quy trình này được thiết kế để xử lý hầu như mọi chất thải mà ta có thể tưởng tượng ra. Với quy trình này, chất thải đi vào một đầu và thoát ra ở đầu khác dưới 3 dạng sản phẩm, toàn bộ đều có giá trị cao và vô hại đối với môi trường: dầu chất lượng cao, khí đốt sạch và các khoáng chất đã tinh chế có thể được sử dụng làm nguyên liệu, phân bón hoặc các hóa chất chuyên dụng trong sản xuất.

Khác với các quy trình biến đổi chất rắn thành nguyên liệu lỏng khác như quy trình biến bột ngô thành ethanol, quy trình nhiệt trùng hợp có thể sử dụng hầu như mọi nguyên liệu có nguồn gốc carbon. Nếu một người đàn ông nặng 80 kg rơi vào một đầu, anh ta sẽ... chảy ra ở đầu kia thành 17 kg dầu, 3 kg khí đốt và 3 kg khoáng chất cùng với khoảng 56 kg nước tinh khiết!

Kỹ sư Terry Adams, cố vấn dự án, khẳng định: ''Không có lý gì chúng ta không thể biến rác, kể cả chất thải từ con người thành những giọt dầu quý giá". Hiện thành phố Philadelphia đang thương thảo với tập đoàn Changing World Technologies để tiến hành chính điều đó.

Nếu quy trình này hoạt động đúng như những người phát minh đã tuyên bố, không chỉ phần lớn các vấn đề rác thải độc hại sẽ trở thành quá khứ, mà cả việc nhập khẩu dầu cũng vậy. Chỉ cần biến toàn bộ rác thải nông nghiệp của Hoa Kỳ thành dầu và khí đốt là đã mang lại một nguồn năng lượng tương đương 4 triệu thùng dầu mỗi năm.

Rác vào, dầu ra

Vạn sự khởi đầu nan. Hiện nay, tại nhà máy đặt tại Trung tâm Thương mại Naval Philadelphia, nguyên liệu đang được thí nghiệm chủ yếu là chất thải từ quá trình giết mổ gà tây: lông, xương, da, huyết, mỡ và ruột. Một chiếc xe nâng đổ một đống hơn 6.000 kg chất thải đủ loại từ gà vào công đoạn thứ nhất của máy - một máy nghiền có công suất 350 mã lực nghiền nát các chất thải thành một hợp chất sền sệt màu nâu xám. Từ đó, chúng chảy vào một loạt các bồn chứa và ống dẫn luôn phát ra những tiếng động không ngừng trong quá trình nung nóng, phân loại và phân tích hỗn hợp. Hai giờ sau, một nhân viên kỹ thuật mặc áo choàng trắng vặn một vòi khóa. Một dòng chất lỏng màu mật ong, bốc hơi nhẹ trong nhà xưởng mát lạnh và chảy đầy vào một cốc thuỷ tinh bên dưới.

Đó thật sự là những giọt dầu tuyệt đẹp!

Phân tích cho thấy những chuỗi carbon dài nhất là C-18 hoặc khoảng đó. Đây là một loại dầu nhẹ, về cơ bản, tương tự như một hỗn hợp nửa là dầu hỏa, nửa là dầu nhiên liệu.

Các nhà đầu tư tư nhân - những người đã bỏ ra trên 40 triệu USD để phát triển quy trình này không phải là những người duy nhất bị ấn tượng. Chính phủ liên bang đã cấp hơn 12 triệu USD để thúc đẩy công việc tiến hành nhanh hơn. Theo tính toán, quy trình này có thể sản xuất ra dầu với giá thành 8 USD cho đến 12 USD mỗi thùng. Nếu mọi việc suôn sẻ, có thể một nền kinh tế hydrat carbon sẽ được khởi sự.

Tạo ra dầu và khí đốt từ hydrat carbon là một việc mà trái đất đã làm từ lâu. Hầu hết dầu thô được hình thành từ xác cây cối và động vật chết lắng xuống lòng đại dương, chúng bị phân hủy và nghiền nát bởi quá trình kiến tạo vỏ trái đất. Dưới áp suất và hơi nóng, những chuỗi dài hydro, oxy và các phân tử carbon, được gọi là polymer phân ly thành các chuỗi hydro carbon dầu mỏ ngắn hơn. Tuy nhiên, trái đất mất khá nhiều thời gian để thực hiện quá trình này - thường thường khoảng vài ngàn đến vài triệu năm - do sức nóng và áp suất dưới lòng đất thay đổi liên tục. Những cỗ máy nhiệt trùng hợp thúc đẩy quá trình diễn ra nhanh chóng bằng cách chính xác đưa nhiệt độ và hơi nóng lên cao đến mức bẻ gãy được các liên kết phân tử của nguyên liệu đưa vào.

Theo Appel, quy trình nhiệt trùng hợp đã chứng minh tiết kiệm được 85% năng lượng cho nguyên liệu. Chẳng hạn với nguyên liệu là chất thải từ gà tây, với mỗi 100 Btu nhiệt lượng trong nguyên liệu, chỉ cần 15 Btu để quy trình hoạt động. Với những nguyên liệu tương đối khô, chẳng hạn như nhựa, hiệu quả còn cao hơn.

Hoạt động của quy trình

Cỗ máy nhiệt trùng hợp trông không có vẻ gì là công nghệ tối tân: Một dãy rối rắm các ống áp lực, ống dẫn, van, buồng trao đổi nhiệt và kết thúc là những bồn chứa. Nó trông tương tự như những thiết bị lọc dầu thông thường và ở một khía cạnh nào đó, đúng là vậy.

Khác biệt cơ bản của quy trình này nằm ở chỗ nước là đồng minh của quy trình. Từ trước đến nay, các nhà khoa học luôn cố gắng khử nước. Quy trình này lại đưa nước vào bên trong bồn cùng với hơi nóng và áp suất để thủy hợp các vật liệu. Vì vậy, nhiệt độ và áp suất không cần cao quá do nước sẽ giúp truyền thêm sức nóng vào nguyên liệu. Nhiệt độ chỉ vào khoảng 250oC và áp suất khoảng 270 kg cho hầu hết các vật liệu hữu cơ. Và thời gian nung cũng khá ngắn, khoảng 15 phút là đủ.

Một khi hỗn hợp hữu cơ đã được đun chảy và trùng hợp một phần trong lò phản ứng, công đoạn thứ 2 sẽ bắt đầu. Hỗn hợp bùn sẽ được hạ áp đột ngột để thải ra khoảng 90% lượng nước dư. Việc khử nước bằng cách hạ áp rẻ hơn nhiều do tiết kiệm năng lượng so với đun nóng và làm bốc hơi nước, đặc biệt không một chút sức nóng nào bị lãng phí do lượng nước thoát ra được tuần hoàn trở lại để đun nóng nguyên liệu đầu vào.

Ở công đoạn này, các chất khoáng trong chất thải gà - chủ yếu là từ xương - sẽ lắng xuống và chảy vào các bồn chứa. Đây là một loại khoáng rất giàu canxi và magne sẽ được dùng làm phân bón.

Hỗn hợp hữu cơ đã cô đặc còn lại được phun vào một lò phản ứng giai đoạn 2 tương tự như lò luyện than được dùng để lọc dầu thành xăng. Lò phản ứng đun nóng hỗn hợp lên khoảng 450oC để bẻ gãy các chuỗi phân tử dài. Cạnh đó, trong một cột chưng cất thẳng đứng, hơi nóng phà qua, ngưng tụ và chảy xuống thành các mức khác nhau: Khí đốt ở trên cùng của cột, dầu nhẹ ở nửa trên, dầu nặng hơn ở giữa, nước ở nửa dưới và bột carbon - có thể dùng để sản xuất vỏ xe, màng lọc và toner máy in - nằm dưới cùng. Do việc vận chuyển khí đốt rất đắt tiền nên nó được dùng ngay tại nhà máy để đốt nóng nguyên liệu. Còn lại dầu, khoáng chất và carbon sẽ được đem đi tiêu thụ.

Tùy thuộc vào nguyên liệu đầu vào, cách đun và thời gian đun, quy trình có thể được ngắt khác nhau để tạo ra nhiều loại hóa chất chuyên dụng có giá trị cao hơn dầu. Chẳng hạn, chất thải từ gà có thể được dùng để sản xuất các axit béo như xà bông, vỏ xe, sơn và dầu nhờn. Các loại nhựa tổng hợp hay PVC thải ra từ giấy dán tường, vải lót sàn, các loại vỏ chai, ống nhựa - sẽ tạo thành axit clohydric, một loại hóa chất công nghiệp có giá trị và tương đối nhẹ để sản xuất các chất tẩy rửa và các loại dung môi.

Các kỹ thuật viên ở đây đã dành ba năm để thử các loại rác thải khác nhau và công thức hóa quy trình biến đổi từng loại rác. Dường như cho đến nay, chỉ có duy nhất chất thải hạt nhân là họ không thể xử lý được.

Triển vọng thay đổi thế giới

Nếu quy trình nhiệt trùng hợp thật sự hoạt động, quả là nó sẽ thay đổi cả thế giới.

Nhà máy thử nghiệm ở Philadelphia hiện chỉ có thể xử lý 7 tấn chất thải mỗi ngày, nhưng cách đó l.054 dặm về phía Tây, ở Carthage, Missouri, cách các nhà máy chế biến gà Butterball khổng lồ của tập đoàn ConAgra Foods, sắp có một nhà máy sản xuất dầu hỏa nhiệt trùng hợp có quy mô thương mại đầu tiên. Những thiết bị có giá trị trên 20 triệu USD đã được lên kế hoạch để chạy thử vào một ngày gần đây - dự kiến mỗi ngày sẽ tiêu thụ hơn 200 tấn chất thải từ quá trình chế biến gà.

Trong nhiều năm, tập đoàn ConAgra Foods đã chuyên chở các chất thải từ nhà máy - lông, lòng và các bộ phận không dùng khác của gà - đến một nhà máy khác để nghiền và sấy khô chúng thành thức ăn gia súc, phân bón và các sản phẩm khác. Nhưng bóng đen của căn bệnh bò điên, có thể lây truyền giữa các loài gia súc từ thức ăn tái chế - và cho dù không có căn bệnh nào tương tự được tìm thấy trên gia cầm - nhưng những nhà ban hành luật pháp cũng trở nên khó khăn hơn trong việc cho phép dùng chất thải động vật để nuôi động vật. Như vậy, quá trình biến đổi chất thải thành dầu này có thể giải quyết được vấn đề căng thẳng hiện nay của các công ty chế biến thực phẩm. Đồng thời, do quá trình trùng hợp tách các chất ra ở cấp phân tử nên có thể nó cũng là một biện pháp hữu hiệu để tiêu hủy các mầm bệnh.

Sau khi hoàn thành, mỗi ngày nhà máy ở Carthage sẽ sản xuất ra 10 tấn khí đốt - được quay trở lại hệ thống để làm nhiên liệu đốt cho nhà máy - 21.000 gallons nước - đủ sạch để thải ra hệ thống thoát nước của thành phố - 11 tấn khoáng chất và 600 thùng dầu có chất lượng cao.

Vân đề còn lại là giá thành, với nhà máy đầu tiên ở Philadelphia, dự kiến giá thành sẽ là 15 USD mỗi thùng dầu. Trong vòng từ 2 đến 5 năm, tập đoàn sẽ cố gắng hạ giá thành xuống còn 10 USD - bằng với giá khai thác và sản xuất hiện nay của một công ty dầu hỏa cỡ trung bình. Và từ đó họ sẽ còn đưa giá thành xuống thấp hơn nữa.

Hiện Angel có một danh sách dài các nhà đầu tư sẵn sàng bỏ tiền để theo đuổi công nghệ thay đổi thế giới này - như tên gọi của tập đoàn. Công ty đã được ngân sách liên bang tài trợ để xây dựng một nhà máy chế biến dầu từ ruột gà ở Alabama và từ xác cây trồng và mỡ động vật ở Nevada. Họ cũng đang lên kế hoạch cho nhà máy xử lý chất thải gà ở Colorado và xử lý chất thải heo và phô mai ở Ý. Những trung tâm nhiệt trùng hợp thế hệ đầu tiên sẽ được xây dựng và đưa vào hoạt động từ năm 2005. Và khi đó, chúng ta sẽ biết rõ liệu công nghệ này có phi thường như những người sáng chế ra nó tuyên bố hay không.