Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống cung cấp dinh dưỡng thiết yếu cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta và luôn trong tình trạng thiết yếu. Tuy nhiên, việc cung cấp thực phẩm cho tất cả 7 tỷ người dân trên hành tinh tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Ước tính ngành công nghiệp thực phẩm tiêu thụ 30% năng lượng toàn cầu và chiếm 20% lượng khí nhà kính phát thải. Ngoài ra, dự báo dân số toàn cầu sẽ tăng lên hơn 9 tỷ người vào năm 2050. Với sự tăng trưởng dân số toàn cầu dự kiến lên tới hơn 9 tỷ người vào năm 2050, nhu cầu tiêu thụ thực phẩm sẽ gia tăng đáng kể. Điều này cộng với những thách thức trong việc ngăn chặn và đảo ngược biến đổi khí hậu, đã khiến công tác giảm phát thải khí nhà kính cũng như tiết kiệm năng lượng trong ngành F&B trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.
1. Tầm quan trọng của việc sử dụng nguồn năng lượng thay thế trong F&B
Nhận thức được tác động của ngành F&B đối với xã hội và môi trường xung quanh, các doanh nghiệp, chính phủ và các cơ quan trên toàn thế giới đã đánh giá lượng năng lượng được sử dụng trong ngành. Cụ thể, trong EU, ngành thực phẩm và đồ uống là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng nhiều nhất. Theo đánh giá, giai đoạn chế biến chiếm khoảng 28% tổng năng lượng được sử dụng trong EU. Trên toàn cầu, giai đoạn chế biến và vận chuyển thực phẩm được ước tính chiếm khoảng 40% nhu cầu năng lượng. Cuộc khủng hoảng năng lượng gần đây đã ảnh hưởng tiêu cực đến ngành F&B, dẫn đến tăng chi phí sản xuất, phân phối, giảm công suất sản xuất và làm tăng giá thành sản phẩm thực phẩm. Theo Eurostat, trong châu Âu, tỉ lệ lạm phát thực phẩm tháng 1/2023 là 18,4%, lạm phát năng lượng là 20,6%.
Từ đó, các tổ chức hàng đầu như Ủy ban châu Âu, Liên Hợp Quốc, OECD đang nỗ lực thúc đẩy việc áp dụng năng lượng thay thế trong toàn ngành, giảm thiểu lệ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch truyền thống. Một số giải pháp tận dụng nguồn năng lượng thay thế đáng chú ý đang được sử dụng và phát triển ngày nay bao gồm điện mặt trời áp mái hay cối xay gió và gần đây nhất là sinh khối. Ngoài ra, chiến lược Farm to Fork – Từ nông trại đến bàn ăn trong khuôn khổ Thoả thuận Xanh châu Âu nhấn mạnh tiềm năng chưa được khai thác của năng lượng sinh học, bao gồm sản xuất năng lượng tái tạo và đầu tư vào các hệ thống phân hủy kỵ khí tạo khí sinh học và khí sinh học từ các nguồn chất thải và cặn bã khác.
2. Sinh khối là một lựa chọn tối ưu trong F&B
2.1 Định nghĩa và các nguồn sinh khối phổ biến
Theo định nghĩa, sinh khối là loại vật liệu sinh học được tạo thành từ các loại cây trồng, cây công nghiệp, phụ phẩm nông nghiệp như trấu rơm, bã mía, mùn cưa. Đây là nguồn năng lượng tái tạo được sản xuất từ các vật liệu hữu cơ như cây cỏ, cây trồng, rừng, chất thải hữu cơ, rác thải sinh học. Sinh khối bao gồm 3 loại phổ biến: rắn; khí và lỏng. Năng lượng từ sinh khối có thể chuyển đổi thành nhiều hình thức khác nhau như nhiên liệu đốt, năng lượng nhiệt, điện sinh khối, nhiên liệu sinh học.
2.2 Lợi ích của sử dụng sinh khối trong ngành F&B
Thông thường, các doanh nghiệp F&B có khả năng tiếp cận nguồn chất thải hữu cơ dồi dào được tạo ra trong chuỗi giá trị của họ như thức ăn thừa, phế thải nông nghiệp, phụ phẩm. Bằng cách sử dụng sinh khối, các doanh nghiệp tạo ra một hệ thống khép kín, nơi chất thải được tái chế và sử dụng để sản xuất năng lượng. Hơn nữa, việc chuyển đổi chất thải thành năng lượng có thể là một giải pháp tiết kiệm chi phí bằng cách giảm chi phí xử lý chất thải và tạo thêm nguồn doanh thu.
Năng lượng sinh khối mang lại nhiều lợi ích, góp phần giảm ô nhiễm môi trường do đặc thù của vật liệu sinh học này. Năng lượng được tạo ra từ sinh khối không làm gia tăng lượng khí nhà kính phát thải ra ngoài môi trường, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống. Việc khai thác và sử dụng sinh khối giảm thiểu sự tích tụ của các chất thải rắn, các bãi rác, gián tiếp giảm lượng phát thải từ quy trình xử lý rác thải.
2.3 Thực tiễn sử dụng trong nhà máy
Trong F&B, quy trình tiêu thụ năng lượng nhiều nhất sẽ khác nhau tùy theo từng phân khúc. Ở một số lĩnh vực, quạt và bơm chiếm phần lớn lượng năng lượng được sử dụng, ví dụ trong quạt và bơm trong nông nghiệp dùng được sử dụng cho hệ thống thông gió, cho ăn gia súc, trong khi đó phân khúc sữa thì dùng cho việc làm mát và đông lạnh. Trong chế biến đường và bánh kẹo, máy phay, ly tâm, nén và trộn và các máy gia công cơ khí các sử dụng phần lớn năng lượng. Trong thời gian gần đây, các doanh nghiệp trên thế giới đã bắt đầu sử dụng vỏ khoai tây và vỏ trấu làm nhiên liệu sinh học nhằm tạo năng lượng sử dụng trong nhà máy.
2.3.1 Vỏ khoai tây tạo khí và nhiên liệu sinh học
Khoai tây là loại cây trồng nằm thứ 3 toàn cầu về sản lượng, đứng sau gạo và lúa mì. Mỗi năm trên toàn cầu sản xuất khoảng 370 triệu tấn khoai tây. Quá trình chế biến khoai tây thành khoai tây chiên, thức ăn nhẹ,… bao gồm công đoạn cắt và gọt vỏ, tạo thành lượng lớn chất thải vỏ khoai tây (PPW) chiếm 15-40% trọng lượng khoai tây ban đầu. Hiện nay phương pháp quản lý chất thải chủ yếu là chôn lấp, dẫn đến các vấn đề nghiệm trọng về môi trường. Tuy nhiên, PPW chủ yếu bao gồm tinh bột và hợp chất lignocellulose, có tiềm năng cao để sản xuất các sản phẩm sinh học có giá trị cao hơn như biobutanol, biogas, bioethanol – nhiên liệu sinh học, khí sinh học.
Qua quá trình tinh luyện sinh học, chất thải vỏ khoai tây được chuyển đổi thành nhiên liệu và khí sinh học. Quá trình tiền xử lý được thực hiện với PPW sử dụng dung dịch ethanol ở nhiệt độ 120-180°C có/không có sự hiện diện của Axit sunfuric – H2SO4 như chất xúc tác. Sau tiền xử lý, dung môi ethanol được thu lại bằng cách chưng cất. Để tạo ra nhiều năng lượng hơn, phần lỏng dư thừa sau khi chưng cất dung môi và chất rắn sót lại sau phản ứng thủy phân được lên men kỵ khí.
Tại nhà máy sản xuất của PepsiCo ở Carregado, Bồ Đào Nha, một bể phân hủy sinh học mới được lắp đầu 2023 sẽ sử dụng bùn thải được tạo ra tại cơ sở xử lý và vỏ khoai tây cũng như các chất thải thực phẩm khác không thích hợp để tiêu thụ. Chất thải được xử lý trước và chuyển thành khí sinh học thông qua quá trình phân hủy kỵ khí. Dự kiến bể phân hủy sinh học mới sẽ chuyển đổi 21.900 tấn chất thải hữu cơ mỗi năm thành 4.818.000 nm3 biomethane (khí sinh học) mỗi năm, tương đương với việc giảm 30% lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất.
2.3.2 Vỏ trấu tạo nhiên liệu sinh học
Lúa là cây trồng được trồng nhiều thứ 3 trên thế giới, phần lớn được trồng ở châu Á. Năm 2019, các nước châu Á đã sản xuất hơn 750 triệu tấn gạo, chiếm gần như toàn bộ sản lượng lúa thu hoạch trên toàn thế giới. Vỏ trấu chiếm 20% tổng trọng lượng lúa thu hoạch, tương đương 150 triệu tấn. Theo dự đoán, khi được xử lý sinh học, các doanh nghiệp có khả năng sản xuất 36 triệu tấn nhiên liệu sinh học hàng năm từ trấu, tương đương 250 triệu thùng dầu thô. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ trấu gồm 3 bước:
Danone, một công ty thực phẩm đa quốc gia của Pháp, hợp tác với nông dân địa phương để thu thập trấu, phụ phẩm từ nông nghiệp để sản xuất năng lượng cung cấp nhiên liệu cho lò hơi sinh khối trong nhà máy của họ tại Indonesia. Dự kiến Danone sẽ sử dụng 10.500 tấn trấu mỗi năm và từ đó sản xuất tới 6 tấn năng lượng hơi nước. Bằng cách nhận dạng chất thải như một tài nguyên có thể tái tạo, Danone đạt được hiệu quả sử dụng tài nguyên và tối ưu chi phí nguyên vật liệu phục vụ dây chuyền sản xuất và chế biến.
Là nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai và là nước tiêu thụ gạo lớn thứ bảy trên thế giới, trấu có thể coi là một loại nhiên liệu sinh khối khả thi ở Việt Nam nhờ vào nguồn nguyên liệu dồi dào. Khoảng 9 triệu tấn trấu thô được sản xuất trải dài khắp cả nước, trong đó vùng đồng bằng sông Cửu Long ở phía Nam chiếm 50% tổng sản lượng lúa gạo và vùng đồng bằng sông Hồng ở phía Bắc chiếm khoảng 20%. Cuối năm 2022, Công ty cổ phần Năng lượng sinh khối Hậu Giang đã khởi công Nhà máy Điện sinh khối Erex, đánh dấu nhà máy điện sinh khối thương mại đầu tiên tại Việt Nam. Dự án dự kiến sẽ đưa vào vận hành trong quý IV/2024, cung cấp khoảng 125GWh/năm và sử dụng 130.000 tấn trấu/năm sử dụng làm chất đốt.
3. Kết luận
Tại Việt Nam, việc áp dụng năng lượng sinh học nói chung và sinh khối nói riêng trong ngành F&B vẫn còn khá mới mẻ và một số khó khăn. Rào cản chủ yếu nằm ở việc thiếu thông tin về các công nghệ hiện đại, kinh nghiệm vận hành và khó tiếp cận được cơ chế tài chính phù hợp.
Có thể nói, tiềm năng phát triển của sinh khối trong tương lai là rất rộng mở và tươi sáng. Chính vì vậy, đây cũng sẽ là một tiêu chí mà bất cứ doanh nghiệp sản xuất nào nói chung và chế biến F&B nói riêng cũng không nên bỏ qua nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường Việt Nam lẫn quốc tế, đồng thời thúc đẩy doanh nghiệp trên lộ trình Chuyển đổi xanh.
Nguồn tham khảo
(1) ABB. (2021). Improving energy efficiency in the food and beverage industry
(2) European Commission. (2020). Farm to Fork strategy
(3) Food Navigator. (2023, January 31). How PepsiCo is turning waste into renewable energy: ‘A case study in best practice.’
(4) FPT Digital Research and Analytics
(5) Soltaninejad, A., Jazini, M., & Karimi, K. (2022). Sustainable bioconversion of potato peel wastes into ethanol and biogas using organosolv pretreatment. Chemosphere, 291, 133003.
