Rác thải thực phẩm là một trong các nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu. Khi rác được xử lý trong các bãi chôn lấp sẽ thải ra khí mê-tan, một loại khí gây hiệu ứng nhà kính. Hơn 1,3 tỷ tấn thực phẩm bị lãng phí trên toàn thế giới mỗi năm. Điều này không chỉ gây tổn thất về kinh tế, mà còn là gánh nặng cho môi trường. Hầu hết chất thải thực phẩm được thải bỏ lãng phí trong các bãi chôn lấp chỉ khoảng 6,3% lượng rác thải được chuyển sang đốt để thu hồi năng lượng. Tuy nhiên, nếu 100% nguồn cung cấp thực phẩm lãng phí hàng năm của thế giới được chuyển đổi thành năng lượng có thể sử dụng, nó có thể cung cấp năng lượng cho Hoa Kỳ trong hai năm dựa trên tỷ lệ tiêu thụ năng lượng năm 2020.

Một nhóm các nhà nghiên cứu liên ngành của Học viện Worcester Polytechnic Institute (WPI), do Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Michael Timko đứng đầu đã giới thiệu phương pháp mới sản xuất dầu thô sinh học có thể thay thế dầu diesel từ rác thải thực phẩm. Nó có thể giảm giá khí đốt xuống còn 1,10 đô la mỗi gallon, thậm chí có khả năng thấp hơn nữa, góp phần thúc đẩy sự phát triển của kinh tế tuần hoàn.

Để tạo ra nhiên liệu, các nhà nghiên cứu thường sử dụng kỹ thuật hóa lỏng thủy nhiệt (HTL); sử dụng nhiệt và nước để phân hủy chất thải sinh khối, chất thải hữu cơ, tạo thành nhiên liệu, hóa chất và vật liệu. Không giống như các công nghệ chuyển đổi nhiệt khô (nhiệt phân , khí hóa, …), các quy trình thủy nhiệt tương thích với thức ăn ướt. So với quá trình phân hủy kỵ khí, quá trình thủy nhiệt diễn ra nhanh chóng trong vòng vài phút, thích hợp cho việc triển khai theo mô-đun.

Trong số các nguyên liệu dùng để sản xuất dầu thô sinh học, tảo là một nguyên liệu giàu lipid, có hiệu suất chuyển đổi lớn. Tuy nhiên, giá thành của nguyên liệu tảo khá cao dẫn tới việc sử dụng tảo là nguyên lệu để sản xuất dầu thô sinh học không khả thi khi áp dụng cho quy mô lớn.

Sử dụng rác thải thực phẩm để sản xuất dầu thô sinh học, không những sẽ làm giảm chi phí nguyên liệu mà còn có thể giảm được tác động tiêu cực của rác thải đối với môi trường. Tuy nhiên, hiện nay sản lượng dầu thô sinh học thu được từ quá trình xử lý HTL chất thải thực phẩm thấp hơn nhiều so với tảo. Do đó cần nghiên cứu để nâng cao hiệu suất của dầu thô sinh học từ các dòng chất thải hữu cơ dồi dào, rẻ tiền này.

Để cải thiện năng suất dầu thô sinh học thu được trong quá trình xử lý HTL từ rác thải thực phẩm, các nhà khoa học đã hướng tới việc sử dụng các chất xúc tác. Tuy nhiên giá của chất xúc tác hiện nay cũng khá cao, đồng thời quá trình HTL cần một số điều kiện khắt khe nên quá trình sử dụng chất xúc tác sẽ thiếu tính ổn định. Do đó việc sử dụng chất xúc tác chưa khả quan để giảm chi phí trong việc giảm giá thành trong sản xuất dầu thô sinh học.

Trong quá trình nghiên cứu tìm chất xúc tác thích hợp, nhóm nghiên cứu của GS. Michael Timko nhận thấy hydroxyapatite (HAP) – một chất xúc tác rẻ tiền, có tính ổn định cao, có thể làm tăng sản lượng dầu thô sinh học thu được trong quá trình hóa lỏng thủy nhiệt (HTL) của chất thải thực phẩm . HAP là một khoáng chất tự nhiên bao gồm canxi và oxit phốt pho được tìm thấy trong xương với công thức phân tử Ca10 (PO4) 6 (OH) 2.  HAP bền nhiệt trong không khí ở nhiệt độ <700 ° C. Các đặc tính axit và bazơ của HAP có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ pH từ 7 đến 11 trong quá trình tổng hợp để điều khiển sự điều phối oxy xung quanh nguyên tử canxi trung tâm và dẫn đến một loạt các tỷ lệ vị trí giữa bazơ và axit.

Khi sử dụng chất xúc tác HAP, năng suất dầu thô sinh học tăng lên hơn 30%, thu hồi được 49% năng lượng có trong thức ăn thừa. Ngoài ra công nghệ mới này còn giúp giảm 2,6% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính của Mỹ.  

Nhóm nghiên cứu đang cố gắng hoàn thiện quy trình để sản phẩm được tinh khiết hơn, thúc đẩy quá trình đưa thương mại hóa nhanh hơn.

 Diệu Huyền (Theo Techxplore.com)​