Tác giả chính của nghiên cứu, Sahar El Abbadi, cho biết: “Các nguồn công nghiệp ở Mỹ đang thải ra một lượng khí mê-tan thực sự đáng kinh ngạc. Mục tiêu của chúng tôi là sử dụng công nghệ sinh học để tạo ra một sản phẩm có giá trị cao”.

Mặc dù các-bon đi-ô-xit dồi dào hơn trong khí quyển, tiềm năng làm ấm lên toàn cầu của mê-tan lớn gấp 85 lần trong khoảng thời gian 20 năm và gấp ít nhất 25 lần trong một thế kỷ sau khi vào bầu khí quyển. Khí mê-tan cũng đe dọa chất lượng không khí bằng cách làm tăng nồng độ ôzôn đối lưu, việc tiếp xúc với khí này gây ra ước tính khoảng 1 triệu ca tử vong sớm hàng năm trên toàn thế giới do các bệnh về đường hô hấp. Nồng độ tương đối của mê-tan đã tăng nhanh hơn gấp đôi so với nồng độ các-bon đi-ô-xit kể từ khi bắt đầu cuộc Cách mạng Công nghiệp, một phần lớn là do phát thải do con người gây ra.

Một giải pháp tiềm năng nằm ở vi khuẩn tiêu thụ khí mê-tan được gọi là sinh vật dị dưỡng. Những vi khuẩn này có thể được nuôi trong một lò phản ứng sinh học làm lạnh, chứa đầy nước, được cung cấp khí mê-tan, oxy và các chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và các kim loại vi lượng. Sinh khối giàu protein có thể được sử dụng làm bột cá trong thức ăn nuôi trồng thủy sản, bù đắp nhu cầu về bột cá làm từ cá nhỏ hoặc thức ăn từ thực vật cần đất, nước và phân bón.

Đồng tác giả nghiên cứu Craig Criddle cho biết: “Trong khi một số công ty đang làm điều này với đường ống dẫn khí đốt tự nhiên làm nguyên liệu thô, nguyên liệu tốt hơn sẽ là khí mê-tan thải ra tại các bãi chôn lấp lớn, nhà máy xử lý nước thải và dầu khí. Điều này sẽ mang lại nhiều lợi ích bao gồm mức độ thấp hơn của khí nhà kính trong khí quyển, hệ sinh thái ổn định hơn và kết quả tài chính tích cực”.

Tiêu thụ hải sản, một nguồn cung cấp protein và vi chất dinh dưỡng quan trọng trên toàn cầu, đã tăng hơn 4 lần kể từ năm 1960. Do đó, nguồn cá tự nhiên bị cạn kiệt nghiêm trọng và các trang trại cá hiện cung cấp khoảng một nửa số hải sản. Theo đánh giá toàn diện về lĩnh vực này do các nhà nghiên cứu tại Stanford và các tổ chức khác, thách thức sẽ chỉ tăng lên khi nhu cầu toàn cầu về động vật thủy sinh, thực vật và tảo có thể sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050.

Mặc dù các sinh vật siêu dưỡng sinh được nuôi bằng khí mê-tan có thể cung cấp thức ăn cho cá nuôi, tính kinh tế của phương pháp này vẫn chưa rõ ràng, ngay cả khi giá bột cá thông thường đã tăng gần gấp ba trong điều kiện thực tế kể từ năm 2000. Để làm rõ tiềm năng đáp ứng nhu cầu có lợi của phương pháp này, các nhà nghiên cứu Stanford đã mô hình hóa các kịch bản trong đó mê-tan có nguồn gốc từ các nhà máy xử lý nước thải tương đối lớn, các bãi chôn lấp và các cơ sở dầu khí, cũng như khí tự nhiên được mua từ lưới khí tự nhiên thương mại. Phân tích của họ đã xem xét một loạt các biến, bao gồm chi phí điện và sự sẵn có của lao động.

Hướng tới thu lợi nhuận

Trong các kịch bản liên quan đến khí mê-tan thu được từ các bãi chôn lấp và các cơ sở dầu khí, phân tích cho thấy chi phí sản xuất bột cá dị dưỡng - tương ứng là 1.546 USD và 1.531 USD/tấn - thấp hơn giá thị trường trung bình 10 năm là 1.600 USD. Đối với kịch bản trong đó khí mê-tan được thu giữ từ các nhà máy xử lý nước thải, chi phí sản xuất cao hơn một chút - 1.645 USD / tấn - so với giá bột cá trung bình trên thị trường. Kịch bản trong đó mê-tan được mua từ lưới điện thương mại dẫn đến chi phí sản xuất bột cá đắt nhất - 1.783 USD/tấn - do chi phí mua khí đốt tự nhiên.

Đối với mọi kịch bản, điện là khoản chi lớn nhất, trung bình chiếm hơn 45% tổng chi phí. Ở các bang như Mississippi và Texas với giá điện thấp, chi phí sản xuất đã giảm hơn 20%, do đó có thể sản xuất bột cá từ khí mê-tan với giá 1.214 USD/tấn, hoặc thấp hơn 386 USD/tấn so với sản xuất bột cá thông thường.

Các nhà nghiên cứu cho biết chi phí điện có thể giảm hơn nữa bằng cách thiết kế lò phản ứng truyền nhiệt tốt hơn để yêu cầu ít làm mát hơn và chuyển đổi các ứng dụng chạy bằng điện sang các ứng dụng được cung cấp bởi khí, điều này cũng có thể làm giảm sự phụ thuộc vào điện lưới ở các địa điểm xa. Trong các tình huống liên quan đến mê-tan từ các nhà máy xử lý nước thải, bản thân nước thải có thể được sử dụng để cung cấp nitơ và phốt pho, cũng như làm mát.

Theo nghiên cứu, nếu những giải pháp hiệu quả như thế này có thể làm giảm chi phí sản xuất đối với bột cá làm từ methanotroph xuống 20%, thì quá trình này có thể mang lại lợi nhuận cho tổng nhu cầu toàn cầu đối với bột cá có khí mê-tan được sử dụng chỉ riêng ở Hoa Kỳ. Tương tự, quy trình này có thể thay thế đậu tương và thức ăn chăn nuôi nếu giảm chi phí hơn nữa.