Mỗi ngày, 45.000 máy bay bay khắp nước Mỹ, chở khoảng 1,7 triệu hành khách. Hàng không chiếm ưu thế trong đóng góp cá nhân của khách du lịch thường xuyên vào biến đổi khí hậu, nhưng lại là một trong những lĩnh vực thách thức nhất để khử cacbon.
Hoa Kỳ là quốc gia đóng góp nhiều nhất vào lượng khí thải carbon dioxide hàng không trên thế giới và chịu trách nhiệm cho hơn một phần tư tổng lượng carbon dioxide thải ra từ các chuyến bay.
Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể làm cho tất cả các chuyến du lịch bằng đường hàng không ở Hoa Kỳ gần như không có khí thải?
Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch phản lực sử dụng nhiều carbon bằng một giải pháp thay thế sạch hơn: nhiên liệu phản lực sinh học có nguồn gốc từ cỏ được tưới bằng nước mưa được trồng ở Hoa Kỳ?
>> Tham khảo: Chip nano silicon có thể điều trị mất cơ do chấn thương.
Nghiên cứu mới được công bố vào ngày 14 tháng 11 trên tạp chí Nature Sustainability cho thấy con đường hướng tới quá trình khử cacbon hoàn toàn trong việc sử dụng nhiên liệu hàng không của Hoa Kỳ bằng cách thay thế nhiên liệu máy bay thông thường bằng nhiên liệu sinh học được sản xuất bền vững.
Nghiên cứu, dẫn đầu bởi một nhóm các nhà nghiên cứu của Đại học bang Arizona, đã phát hiện ra rằng việc trồng cỏ miscanthus trên 23,2 triệu ha đất nông nghiệp cận biên hiện có – vùng đất thường bỏ hoang hoặc chất lượng đất kém – trên khắp Hoa Kỳ sẽ cung cấp đủ nhiên liệu sinh khối để đáp ứng nhu cầu nhiên liệu lỏng của ngành hàng không Hoa Kỳ hoàn toàn từ nhiên liệu sinh học, một lượng dự kiến sẽ đạt 30 tỷ gallon/năm vào năm 2040.
Nazli Uludere Aragon, đồng tác giả của nghiên cứu và là Tiến sĩ Địa lý ASU gần đây cho biết: “Chúng tôi chứng minh rằng Hoa Kỳ có thể khử cacbon nhiên liệu được sử dụng bởi hàng không thương mại mà không cần phải chờ điện khí hóa động cơ đẩy máy bay”. tốt nghiệp.
“Nếu chúng ta nghiêm túc về việc đạt mức phát thải khí nhà kính bằng không, thì chúng ta cần xử lý lượng khí thải từ du lịch hàng không dự kiến sẽ tăng theo kịch bản kinh doanh như bình thường. Tìm kiếm các nguồn nhiên liệu lỏng thay thế, bền vững hơn cho ngành hàng không là chìa khóa để cái này.”
Tích hợp hệ sinh thái, khoa học khí quyển và chuyên môn kinh tế
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một khuôn khổ tổng hợp về đánh giá đất đai, mô hình khí hậu thủy văn, mô hình hệ sinh thái và mô hình kinh tế để đánh giá ở đâu và trong những điều kiện nào trên khắp Hoa Kỳ, cây năng lượng sử dụng cho nhiên liệu phản lực sinh học có thể được trồng bền vững bằng cách sử dụng các tiêu chí đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường.
Các tiêu chí đã được mở rộng. Trước tiên, nhóm xác định và đánh giá nơi đã tồn tại các vùng đất nông nghiệp cận biên tối ưu ở Hoa Kỳ. Sau đó, họ đánh giá liệu người ta có thể trồng các loại cây năng lượng phù hợp trên đất mà không cần sử dụng thêm nước hay không.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã phân tích liệu việc trồng nguyên liệu cho cây năng lượng trên những vùng đất này có tác động bất lợi đến khí hậu xung quanh hoặc độ ẩm của đất hay không và dự đoán năng suất tiềm năng của sản lượng của hai loại cỏ khác nhau – miscanthus và switchgrass – là nguyên liệu năng lượng sinh khối phù hợp. Cuối cùng, nhóm đã định lượng được số lượng và chi phí của nhiên liệu phản lực sinh học sẽ được sản xuất và phân phối trên quy mô toàn quốc.
>> Tham khảo: Có từ tính hay không có từ tính? Ảnh hưởng của chất nền đến tương tác điện tử.
Nathan Parker, tác giả của nghiên cứu và là trợ lý giáo sư tại Trường Bền vững cho biết: “Cách hiện tại chúng ta sản xuất nhiên liệu máy bay bền vững rất kém hiệu quả về đất đai và không ở quy mô lớn. “Có rất ít cách để ngành hàng không có thể phát thải carbon thấp với tác động khí hậu thấp tương ứng và đây là một cách mà chúng tôi đã chứng minh là khả thi và có thể khiến ngành hàng không trung hòa carbon thông qua nông nghiệp.”
Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng quan điểm 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 các đánh giá riêng lẻ chưa được tích hợp tốt, chẳng hạn như xem xét dữ liệu chính về cách thức cây trồng thay đổi che phủ ảnh hưởng đến khí hậu xung quanh.
Matei Georgescu, đồng tác giả của nghiên cứu và là phó giáo sư tại Trường Khoa học Địa lý và Quy hoạch Đô thị, Giám đốc của Trường Khoa học Địa lý và Quy hoạch Đô thị, cho biết: “Khi bạn trồng cây trên những khu vực được thiết kế chiến lược, việc trồng những loại cây này sẽ tác động đến khí hậu. Trung tâm nghiên cứu khí hậu đô thị tại ASU. “Nếu có sự thay đổi trong cảnh quan bên dưới, ví dụ như tăng hoặc giảm số lượng thảm thực vật, thì có thể 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 đất-khí quyển này, nhóm nghiên cứu đã lấy kết quả đầu ra từ mô hình khí hậu thủy văn của họ 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 các loại cỏ này.
Giải pháp trong thế giới thực
Đối với bất kỳ sự tiếp thu nào của một lộ trình năng lượng thay thế, các giải pháp cần phải có ý nghĩa kinh tế.
Các nhà nghiên cứu trong phân tích của họ, đã so sánh lợi nhuận tài chính của các mục đích sử dụng hiện tại đối với các vùng đất mà họ đã xác định — một số đã được sử dụng để trồng ngô, đậu tương hoặc nhiều loại cây trồng khác và một số khác đang được sử dụng làm đồng cỏ — so với các mục đích trồng trọt. miscanthus hoặc switchgrass làm nguyên liệu sinh khối.
Trồng miscanthus hoặc switchgrass cần phải mang lại nhiều lợi nhuận hơn để thay thế việc sử dụng đất hiện tại ở mỗi khu vực.
>> Tham khảo: Thảm thực vật ở Bắc Cực có tác động lớn đến sự nóng lên.
Uludere Aragon, hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Quỹ Bảo vệ Môi trường, cho biết: “Những vùng đất mà chúng tôi xác định này được sở hữu và vận hành bởi những người thực sự cho các mục đích sử dụng nông nghiệp khác nhau. “Tiềm năng nhiên liệu sinh học hiệu quả về chi phí từ nguyên liệu sinh khối bị ảnh hưởng chủ yếu bởi chi phí cơ hội của việc sử dụng đất thay thế.”
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu nhận thấy miscanthus là nguyên liệu có triển vọng hơn và nhiên liệu phản lực sinh học có nguồn gốc từ miscanthus có thể đáp ứng mục tiêu 30 tỷ gallon/năm với chi phí trung bình là 4,10 USD/gallon.
Mặc dù mức giá này cao hơn mức giá trung bình đối với nhiên liệu máy bay thông thường – thường khoảng 2 USD/gallon – nhưng nhóm nghiên cứu kết luận rằng mức giá này là hợp lý khi xem xét tiềm năng cắt giảm khí thải của biojet. Đáng chú ý, vào năm 2022, giá nhiên liệu máy bay đã thay đổi từ $2 đến $5/gallon (đừng nhầm với xăng bán lẻ) do cung và cầu thay đổi, cho thấy mức giá trên $4/gallon là hoàn toàn có thể xảy ra.
Một khuôn mẫu cho tương lai
Các nhà nghiên cứu nói rằng trong việc tìm kiếm các giải pháp tiếp theo cho cuộc khủng hoảng khí hậu của Trái đất, điều quan trọng là cộng đồng khoa học phải kết nối các nguyên tắc và vượt qua mức giảm phát thải gia tăng. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của các giải pháp thực tế có quy mô.
Georgescu cho biết: “Đây là một nhóm liên ngành với chuyên môn từ khoa học hệ sinh thái, mô hình hóa khí hậu, khoa học khí quyển và kinh tế học”. “Để thực sự giải quyết các mối quan tâm về tính bền vững, bạn cần có các kỹ năng chuyên môn của nhiều lĩnh vực.”
“Là các học giả, chúng ta nên nhớ rằng kinh tế học thúc đẩy các quyết định của mọi người trên thực tế. Điều cực kỳ quan trọng là tìm ra các trường hợp khi các quyết định này cũng phù hợp với các kết quả mong muốn về môi trường.”
>> Tham khảo: Bản in sinh học để sửa chữa xương được cải thiện bằng gen.
Nhóm nghiên cứu bao gồm Nazli Uludere Aragon, Nathan C. Parker, Meng Wang và Matei Georgescu (Đại học bang Arizona), Andy VanLoocke (Đại học bang Iowa) và Justin Bagley (Năng lượng Onpeak). Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia như một phần của sáng kiến Khí hậu và Bền vững Nước
