Chuyển đổi năng lượng tái tạo đối với ngành hàng không: Thách thức và triển vọng

Biến đổi khí hậu có thể tác động lớn đến các vấn đề an ninh năng lượng ở khu vực Ấn Độ Dương-Thái Bình Dương vào năm 2035. Hệ thống năng lượng toàn cầu có thể sẽ trải qua giai đoạn chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, có nhiều vấn đề liên quan đến quá trình chuyển đổi năng lượng sẽ diễn ra như thế nào trong các lĩnh vực như năng lượng điện cũng như giao thông vận tải.

Bài phân tích trên trang ASPI Strategist của chuyên gia nghiên cứu Ulas Yildirim đưa ra một số nhận định đáng chú ý về quá trình chuyển đổi năng lượng trong lĩnh vực hàng không.

Ngành hàng không dân dụng và quốc phòng cần hợp tác để phát triển thị trường nhiên liệu thay thế để bổ sung nguồn cung cấp nhiên liệu hóa thạch và thiết lập quá trình chuyển đổi lâu dài sang năng lượng tái tạo.

Kể từ chuyến bay đầu tiên của một chiếc máy bay động cơ phản lực vào năm 1939, việc phát triển của máy bay động cơ phản lực với hiệu suất tốt hơn khiến cho các nhà sản xuất máy bay và động cơ phụ thuộc nhiều hơn vào nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, cuộc khủng hoảng nhiên liệu vào những năm 1970 đã đặt ra thách thức đối với vấn đề động cơ phản lực phụ thuộc vào nguồn cung cấp dầu. Việc sử dụng dầu cũng đồng thời làm tăng thêm sự biến động trong chi phí nhiên liệu. 

Trong khoảng thời gian từ năm 1972-1985, giá mỗi thùng dầu dao động từ dưới 20 USD/thùng đến mức cao nhất trên 120 USD/thùng và chỉ giảm xuống dưới 20 USD thêm một lần. Để đối phó với mối lo ngại về an ninh năng lượng và biến động giá nhiên liệu, các quốc gia như Mỹ đã bổ sung nguồn dự trữ nhiên liệu máy bay bằng nhiên liệu được sản xuất từ than đá, cát hắc ín và dầu đá phiến.

Các hãng hàng không quân sự lớn cũng chuyển đổi để đáp ứng với những lo ngại về vấn đề nhiên liệu. Năm 1979, Không quân Mỹ đã chuyển từ nhiên liệu phản lực hoạt động chính số 4 (JP4) là sự pha trộn giữa dầu hỏa và xăng sang JP8 một loại nhiên liệu hàng không thương mại có chứa các chất phụ gia quân sự để bảo vệ chống ăn mòn, tích tụ tĩnh điện và đông cứng.

Gần đây, những thách thức liên quan đến hiệu ứng nhà kính do sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã được chú trọng. Trước khi đại dịch COVID-19 bùng phát, lượng phát thải của hàng không thương mại trên toàn cầu được ước tính là 2-3%. Tuy nhiên, con số đó không chính xác vì trên thực tế máy bay chủ yếu phát thải nhiên liệu ở độ cao trên không trung và rất khó có thể xác định chính xác. Trước khi dịch COVID-19, lượng khí thải của ngành hàng không đang tăng lên, với mức tiêu thụ nhiên liệu tổng thể dự kiến sẽ tăng 38% từ năm 2008 đến năm 2025.

Trước những thách thức đó, ngành hàng không đã tìm cách sử dụng các loại nhiên liệu thay thế phù hợp với các loại máy bay hiện có. Tuy nhiên, việc đầu tư vào nhiên liệu thay thế gặp nhiều khó khăn do chi phí liên quan đến thiết kế và phát triển các động cơ máy bay mới phù hợp với nhiên liệu mới. Do đó, việc nghiên cứu các loại nhiên liệu có thể thay thế cho các loại nhiên liệu thông thường mà không bị suy giảm hiệu suất hoặc độ an toàn và không yêu cầu bất kỳ sửa đổi nào về động cơ hoặc khung máy bay.

Nhiên liệu thay thế được chia thành hai loại: Loại thứ nhất bao gồm nhiên liệu phản lực tổng hợp được sản xuất từ than đá, khí tự nhiên và các hydrocacbon khác; Loại thứ hai bao gồm nhiên liệu phản lực sinh học được sản xuất từ vật chất sinh học như dầu thực vật và mỡ động vật.

Nhiên liệu phản lực tổng hợp có thể được sản xuất thông qua quá trình khí hóa chất hữu cơ và được tổng hợp thêm thông qua quá trình Fischer - Tropsch (là tập hợp của phản ứng hóa học chuyển đổi hỗn hợp của carbon monoxide và hydro thành chất lỏng hydrocacbon). Nhiên liệu phản lực sinh học được sản xuất thông qua quá trình xử lý nước của vật chất sinh học (loại bỏ oxy liên kết hóa học khỏi sản phẩm ban đầu để làm sôi nhiên liệu phản lực).

Nhiên liệu phản lực tổng hợp và phản lực sinh học đốt cháy sạch hơn nhiều so với các nhiên liệu truyền thống, dẫn đến giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, một số phương pháp sản xuất nhiên liệu phản lực tổng hợp lại kéo theo lượng khí thải lớn, do đó làm giảm lợi ích tổng thể của các nhiên liệu thay thế.

Trong khi đó, nhiên liệu phản lực sinh học từ quá trình sản xuất đến tiêu thụ tốt hơn nhiều so với nhiên liệu tổng hợp và thông thường, khiến loại nhiên liệu này trở nên hấp dẫn hơn, ưu việt hơn cả góc độ hiệu quả, giảm phát thải và có thể sử dụng lâu dài. Nhiên liệu phản lực sinh học được sản xuất từ camelina được báo cáo là đã tiết kiệm 70% lượng khí thải so với nhiên liệu thông thường.

Trên thực tế, hiện nay, việc xây dựng các cơ sở sản xuất nhiên liệu thay thế chưa được ưu tiên. Theo nghiên cứu năm 2013 của Hãng hàng không Qantas và Cơ quan năng lượng Tái tạo Australia (CSIRO), việc sản xuất khoảng 20.000 thùng nhiên nhiên liệu thay thế sẽ tiêu tốn khoảng 1 tỷ USD. Như vậy, việc thu hút đầu tư với những dự án lớn như vậy gặp nhiều khó khăn. 

Bên cạnh đó, giá dầu tiếp tục giảm xuống mức thấp kỷ lục và ngành hàng không tiếp tục phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên cuộc khủng hoảng Ukraine đã tác động mạnh đến giá dầu và thúc đẩy sự phát triển về công nghệ và năng lượng tái tạo rẻ hơn như hydro.

Nghiên cứu năm 2020 được thực hiện bởi CSIRO và hãng Boeing cho thấy rằng năng lượng được sản xuất từ hydro sẽ là nhiên liệu được lựa chọn cho các chuyến bay đường dài từ trung bình đến dài cho đến năm 2050. Nghiên cứu của CSIRO-Boeing gợi ý rằng một tương lai khả quan bao gồm sản xuất nhiên liệu điện, sử dụng điện từ các nguồn tái tạo và kết hợp chúng với hydro xanh và CO2 để sản xuất nhiên liệu hàng không./.