Các chuyên gia năng lượng sinh học tin rằng, năng lượng bền vững tương lai nằm trong khí sinh học, được tạo ra từ chất thải con người, rác thải hữu cơ và thức ăn thừa.

Trong những năm gần đây, nghiên cứu về khí sinh học - hỗn hợp nhiên liệu sinh học bao gồm chủ yếu là carbon dioxide và methane, hình thành từ quá trình phân hủy chất thải hữu cơ của vi khuẩn thu hút được sự quan tâm đặc biệt, đồng thời công nghệ trong lĩnh vực khí sinh học cũng có được những kết quả đáng chú ý.

Một nhóm nhà nghiên cứu thuộc Đại học Johannesburg, Nam Phi, Đại học Covenant Land Canaan và Đại học Afe Babalola ở Nigeria đã phát triển một kỹ thuật sản xuất khí sinh học đơn giản từ chất thải người nhằm giảm bớt tình trạnh thiếu hụt điện năng ở những nước đang phát triển.

Theo các nhà nghiên cứu, chi phí của những thiết bị quang điện tương đối cao nếu tính trên chỉ số nghèo của các nước đang phát triển. 60% nhu cầu năng lượng của thế giới là ở các nước đang phát triển, những quốc gia có công suất phát điện hiện tại không thể chấp nhận.

Nigeria là một trong những quốc gia thiếu năng lượng nhất trên thế giới, những thống kế cho thấy, nguồn điện cung cấp hiện nay khoảng 12.000 MW, thấp hơn đến 80% so với sản lượng cần thiết trên cơ sở dân số hiện có. Nhà máy thủy điện lớn nhất ở Nigeria có công suất khoảng 7.876 MW, nhưng công suất hoạt động chỉ 3.000 MW hoặc ít hơn. Hiệu quả sản xuất điện thấp do có nhiều yếu tố ảnh hưởng như thiết bị lạc hậu hoặc không đầy đủ, tham nhũng, chính phủ tài trợ kém, lưới điện và công nghệ lạc hậu.

Tình trạng thiếu điện năng tồn tại ở nhiều nơi trên toàn cầu, giải pháp trước mắt cho cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn cầu là cung cấp quyền sản xuất năng lượng cho người dùng. Hiệu suất thấp trong các chương trình sản xuất năng lượng ở một số nước đang phát triển làm trầm trọng thêm tỷ lệ dân số đói nghèo do hoạt động của các doanh nghiệp vừa và nhỏ trực tiếp gắn liền với năng lượng.

Nhóm nghiên cứu cho rằng, giải pháp cho vấn đề thiếu hụt năng lượng là sản xuất khí sinh học từ các nguồn thông thường như thức ăn thừa, nước thải và phân gia súc. Chất thải con người có thể cung cấp nguồn năng lượng tái tạo khả thi ở các khu vực trên thế giới, nơi nguồn cung cấp năng lượng thiếu hụt và không ổn định.

Việc chuyển đổi chất thải động vật như phân gia cầm, phân gia súc có triển vọng rất lớn, nhưng không bền vững về lâu dài vì hoạt động nông nghiệp phụ thuộc vào nguồn phân bón này. Sử dụng chất thải của người bền vững hơn cả do sự ổn định và gia tăng dân số.

Một thách thức là amoniac tự nhiên trong chất thải của con người ức chế sự phát triển của vi khuẩn tạo khi methane, sản xuất khí sinh học không tinh khiết với hàm lượng nitơ cao. Xử lý sơ bộ bằng hóa chất và vi sinh là một khả năng nhưng chưa phù hợp với người dân. Vì vậy nhóm nghiên cứu phát triển một giải pháp thực sự bền vững, dễ tiếp cận để đáp ứng nhu cầu năng lượng ở các vùng nghèo khó.

Theo báo cáo nghiên cứu khoa học, được công bố trên tạp chí Global Challenges, phương pháp giải quyết thách thức là kết hợp chất thải của người với lông gà dạng bột. Bản thân lông vũ rất có ích trong sản xuất khí sinh học, nhưng cần được xử lý trước để vật liệu thích nghi với quá trình phân hủy kỵ khí. Đơn giản hóa để loại bỏ bước xử lý bổ sung, các nhà khoa học để các vi sinh vật tự nhiên có trong chất thải của con người làm tất cả công việc.

Trong một thiết bị thử nghiệm sinh học quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu trộn lẫn bột lông gà và chất thải con người theo tỷ lệ 1: 5 và đưa dung dịch này vào ủ, thường xuyên đo lường số lượng và chất lượng khí sinh học tạo ra trong khoảng hai tháng. So với vật chất đối chứng không chứa bột lông gà, khí sinh học được tạo ra khi lông gà đồng tiêu hóa với chất thải của con người,  giảm 68% nitơ và tăng 73% khí methane.

 Thử nghiệm thu gom khí sinh học từ chất thải người với bột lông gà. Ảnh Wiley Online Library

Thử nghiệm này cho thấy, hỗn hợp chất thải người và bột lông gà cho hàm lượng nitơ tối thiểu do một số lượng lớn vi khuẩn trong chất thải người, hoạt động trên bột lông gà như một biện pháp xử lý sinh học. Hoạt động của vi sinh vật làm tăng hàm lượng carbon dioxide và carbon monoxide trong khí sinh học.

Các vi khuẩn mất khoảng 18 ngày để xử lý sơ bộ lông gà, sau đó bắt đầu quá trình sản xuất khí sinh học. Việc sản xuất liên tục khí sinh học phụ thuộc vào số lượng bột lông vũ được đưa vào bể ủ sinh học hoặc bể chứa nước thải.

Nhóm nghiên cứu đề xuất một kế hoạch sản xuất khí sinh học quy mô trung bình trên cở sở hệ thống thử nghiệm để có thể cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho các trường học, các khu định cư, nông trại và gia đình. Sử dụng kỹ thuật sản xuất khí sinh học, người dân vùng nông thôn có thể tự đáp ứng được nhu cầu năng lượng vì tất cả các nguồn nguyên liệu cung cấp đều có sẵn ở mỗi gia đình.

Hiện nay, việc thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời có ý nghĩa quan trọng giúp giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu, đồng thời, bằng việc cung cấp một phương tiện tạo ra nguồn điện xanh độc lập và có chi phí hợp lý, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tăng cường thêm nguồn năng lượng sinh học, giảm bớt tình trạng nghèo đói.