Phân đạm có nguồn gốc từ than sinh học làm giảm phát thải khí nhà kính và tăng năng suất ngô 21% so với urê. Nguồn: Sciencedirect
Trên thực tế, nông nghiệp thâm canh chỉ có thể khả thi nếu đất được bón phân đạm, lân và kali. Trong khi phốt pho và kali có thể được khai thác dưới dạng muối, thì phân đạm phải được sản xuất một cách công phu từ nitơ trong không khí và từ hydro. Tuy nhiên việc sản xuất hydro cực kỳ tốn năng lượng, hiện đang cần một lượng lớn khí đốt tự nhiên hoặc như ở Trung Quốc là than đá. Bên cạnh việc tạo ra lượng khí thải carbon lớn tương ứng, sản xuất phân đạm dễ bị ảnh hưởng bởi các cú sốc giá trên thị trường nhiên liệu hóa thạch.
Paolo Gabrielli, nhà khoa học cấp cao tại Phòng thí nghiệm tại ETH Zurich và cộng sự Lorenzo Rosa, tại Viện Khoa học Carnegie ở Stanford (Mỹ) đã phối hợp nghiên cứu phương pháp sản xuất phân bón nitơ không gây ra khí thải carbon.
Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Environmental Research Letters, hai nhà nghiên cứu kết luận rằng có thể có sự chuyển đổi trong sản xuất nitơ và sự chuyển đổi như vậy cũng có thể làm tăng an ninh lương thực. Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất thay thế đều có ưu điểm và nhược điểm. Cụ thể, hai nhà nghiên cứu đã kiểm tra ba lựa chọn thay thế:
Sản xuất hydro cần thiết bằng cách sử dụng nhiên liệu hóa thạch như trong hoạt động kinh doanh thông thường, chỉ thay vì thải khí nhà kính CO2 vào khí quyển, nó được thu giữ trong các nhà máy sản xuất và lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất. Điều này không chỉ đòi hỏi một cơ sở hạ tầng để thu giữ, vận chuyển và lưu trữ CO2 mà còn cần nhiều năng lượng hơn tương ứng. Mặc dù vậy, nó là một phương pháp sản xuất tương đối hiệu quả, tuy nhiên quy trình này không liên quan đến vấn đề giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Điện khí hóa sản xuất phân bón bằng cách sử dụng điện phân nước để sản xuất hydro. Điều này đòi hỏi nguồn năng lượng trung bình gấp 25 lần so với phương pháp sản xuất ngày nay sử dụng khí đốt tự nhiên, do đó sẽ cần một lượng điện khổng lồ từ các nguồn trung hòa carbon. Đối với các quốc gia có nguồn năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió dồi dào, đây có thể là một cách tiếp cận hấp dẫn và tiềm năng. Tuy nhiên, với các kế hoạch điện khí hóa các lĩnh vực khác của nền kinh tế dưới danh nghĩa hành động vì khí hậu, nó có thể dẫn đến sự cạnh tranh về điện năng bền vững.
Quá trình tổng hợp hydro để sản xuất phân bón từ sinh khối đòi hỏi nhiều đất canh tác và nước. Trớ trêu thay, phương thức sản xuất này lại cạnh tranh với sản xuất lương thực. Nhưng các tác giả của nghiên cứu chỉ ra rằng sẽ hợp lý nếu nguyên liệu đầu vào là sinh khối phế thải, ví dụ như tận dụng nguồn phế phụ phẩm cây trồng.
Các nhà khoa học cho rằng, chìa khóa thành công có thể là sự kết hợp của tất cả các phương pháp này tùy thuộc vào từng quốc gia, điều kiện cụ thể của địa phương và các nguồn lực sẵn có. Trong bất cứ trường hợp nào, nông nghiệp bắt buộc phải sử dụng phân bón nitơ hiệu quả hơn, đúng như quan điểm mà chuyên gia Lorenzo Rosa nhấn mạnh: "Giải quyết các vấn đề như bón phân quá mức và lãng phí thực phẩm cũng là một cách để giảm nhu cầu phân bón."
Nguy cơ đối với Ấn Độ và Trung Quốc
Trong nghiên cứu, các nhà khoa học cũng tìm cách xác định các quốc gia trên thế giới mà an ninh lương thực hiện đang chịu rủi ro, nhất là khi phải phụ thuộc vào nhập khẩu nitơ hoặc khí đốt tự nhiên. Theo đó, các quốc gia sau đây (đặc biệt dễ bị tổn thương trước những cú sốc giá trên thị trường khí đốt tự nhiên và nitơ) gồm Ấn Độ, Brazil, Trung Quốc, Pháp, Thổ Nhĩ Kỳ và Đức.
Sản xuất phân bón khử carbon trong nhiều trường hợp sẽ làm giảm lỗ hổng này và tăng cường an ninh lương thực. Ít nhất, điện khí hóa thông qua năng lượng tái tạo hoặc sử dụng sinh khối sẽ làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu khí đốt tự nhiên. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đưa ra quan điểm: Tất cả các phương pháp sản xuất phân đạm không phát thải carbon đều tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với phương pháp sử dụng nhiên liệu hóa thạch hiện tại. Nói cách khác, sẽ vẫn dễ bị tổn thương trước những cú sốc giá nhất định mặc dù không phải trực tiếp trên thị trường khí đốt tự nhiên, mà có lẽ trên thị trường điện.
Điều này buộc các nhà sản xuất nitơ phải đối mặt với sự thay đổi. Các nhà khoa học chỉ ra trong nghiên cứu của họ rằng, quá trình khử carbon có khả năng thay đổi danh sách các quốc gia sản xuất và xuất khẩu phân bón nitơ lớn như Nga, Trung Quốc, Ai Cập, Qatar và Ả Rập Saudi. Ngoại trừ Trung Quốc phải nhập khẩu khí đốt tự nhiên, tất cả các quốc gia này đều có thể sử dụng nguồn dự trữ khí đốt tự nhiên của mình.
Trong tương lai, các quốc gia có khả năng được hưởng lợi từ quá trình khử carbon sẽ là những quốc gia tạo ra nhiều năng lượng mặt trời và gió, đồng thời có đủ nguồn tài nguyên đất và nước, chẳng hạn như Canada và Mỹ.
Ông Gabrielli nói: “Thực tế là chúng ta cần phải làm cho nhu cầu nitơ trong sản xuất nông nghiệp trở nên bền vững hơn trong tương lai, để đáp ứng cả hai mục tiêu khí hậu và an ninh lương thực. Cuộc xung đột ở Ukraine đang ảnh hưởng đến thị trường lương thực toàn cầu không chỉ vì quốc gia này thường xuất khẩu nhiều ngũ cốc mà còn vì nó đã đẩy giá khí đốt tự nhiên tăng cao, khiến giá phân bón nitơ tăng lên. Hệ quả là một số nhà sản xuất phân bón đã buộc phải tạm ngừng sản xuất vì chi phí khí đốt quá cao khiến cho hoạt động sản xuất, kinh doanh trở nên không có hiệu quả kinh tế.
