Nghiên cứu tổng hợp dầu mỏ nhân tạo

Nghiên cứu tổng hợp dầu mỏ nhân tạo

Một loạt những cuộc khủng hoảng năng lượng trong thời gian gần đây đã

khiến các nhà khoa học phải bắt tay vào nghiên cứu sản xuất dầu nhân tạo.

Rong tảo xanh Botryococcus braunii trong tương lai không xa có thể giúp

nhân loại thoát khỏi nguy cơ khủng hoảng năng lượng

Chẳng hạn như các chuyên gia hóa học từ Nhật và Nga bước đầu đã nghĩ ra

những thiết bị có thể tạo ra dầu từ cacbonat và nước. Còn các nhà khoa học

Mỹ lại tìm ra một loại rong tảo tạo ra hidrocacbon, cấy chúng lên men để tạo

thành dầu có nguồn gốc sinh học.

Về nguyên tắc, quá trình tạo dầu mỏ có thể diễn ra bằng hai phương pháp:

sinh học và vô cơ. Đối với phương pháp vô cơ, hiện vẫn chưa có nhiều

nghiên cứu theo xu hướng này, chủ yếu là do xuất phát từ đặc điểm phức tạp

và thiếu triển vọng. Trong tự nhiên ở phần lõi trái đất, cacbon tác động với

hydro sẽ tạo ra khí metan.

Chất khí này từ sâu dưới lòng đất theo các khe đất đá khác nhau sẽ trồi lên

phía bề mặt, trong quá trình di chuyển chịu nhiều phản ứng khác nhau sẽ

hình thành ra chất hidrocacbon nặng hơn (tức là dầu mỏ). Đó cũng chính là

cách dầu mỏ hình thành trong tự nhiên bằng phương pháp vô cơ. Các nhà địa

chất học khẳng định rằng, có nhiều trường hợp tại những mỏ dầu tưởng

chừng như đã cạn kiệt hoàn toàn, về sau dầu mỏ lại xuất hiện trở lại. Nhiều

khả năng đó chính là lượng dầu mới được bổ sung từ phần nhân trái đất.

Tại một số quốc gia, điển hình như tại Nhật và Nga, các nhà khoa học đã chế

tạo được một số thiết bị thử nghiệm có thể sản xuất dầu bằng phương pháp

vô cơ. Những loại máy này giúp tạo ra hidrocacbon từ cacbonat và nước

dưới tác động của sắt hóa trị hai. Trên thực tế, các nhà hóa học từ lâu đã biết

được rằng, nếu như trộn cacbonat canxi hay magiê với dung dịch muối sắt

và đun nóng dưới áp suất cao hoàn toàn có thể tạo ra hidrocacbon. Từ chất

này có thể dễ dàng điều chế thành dầu với các đặc tính cần thiết.

Tuy nhiên trên thực tế, mọi chuyện không hề đơn giản đến như vậy. Theo

tính toán của các nhà địa vật lý, dầu mỏ phục hồi bằng phương pháp vô cơ

trong tự nhiên với một tốc độ cực kỳ chậm, chưa kể những mỏ dầu có thể

phục hồi như vậy trong tự nhiên lại cũng không nhiều. Liên quan đến những

thiết bị nhân tạo như đã nói ở trên, để có thể sản xuất được một số lượng

“vàng đen” khiêm tốn, chúng lại ngốn mất một năng lượng khá lớn.

Đó là lý do khiến việc nghiên cứu chế tạo dầu nhân tạo bằng phương pháp

sinh học được đánh giá sẽ hiệu quả và có triển vọng hơn. Thực ra phần lớn

các mỏ dầu tự nhiên trên trái đất đều hình thành theo cách này. Quá trình

xuất hiện các mỏ dầu bằng phương pháp sinh học trong tự nhiên có thể mô

tả như sau: Vào thời xa xưa, khi khí hậu trên trái đất đều tương đối ấm áp

(khoảng thời kỳ Đại Cổ sinh hay Đại Trung sinh), trên các biển và đại dương

có một số lượng khổng lồ các loại phù sinh vật (hơn rất nhiều số lượng hiện

nay). Khi chết đi, những sinh vật này chìm xuống đáy tạo ra những lớp dày

nhiều mét các chất hữu cơ, đồng thời tốc độ tích tụ của những lớp này nhanh

hơn gấp nhiều lần thời gian các chất trên có thể kịp phân hủy. Kết quả là

những lớp lớn vật liệu hữu cơ này đã bị chôn sâu dưới các lớp trầm tích bằng

phiến thạch hay muối về sau này. Do chuyển động của các lớp vỏ trái đất,

lượng chất hữu cơ tích tụ trên bị hâm nóng ở nhiệt độ từ 500C trở lên trong

một thời gian dài để tạo thành “vàng đen” như chúng ta vẫn khai thác hiện

nay.

Mới đây, các nhà khoa học Mỹ đã xác định được những sinh vật tham gia

tích cực nhất vào quá trình hình thành nên dầu mỏ. Cụ thể một nhóm các nhà

nghiên cứu dưới sự lãnh đạo của Giáo sư Joe Chappel (Trường đại học

Tổng hợp Kentucky) đã phát hiện ra rằng, trong tất cả các mẫu dầu mỏ tự

nhiên trên hành tinh chúng ta đều có các đoạn gen của một loại rong tảo cực

nhỏ có tên khoa học là Botryococcus braunii. Số lượng các đoạn ADN của

loại sinh vật này chiếm vị trí áp đảo trong thành phần dầu mỏ, gấp hàng trăm

lần so với các “dấu vết” tương tự của các loại rong tảo và vi khuẩn khác.

Nhóm khoa học này còn xác định được, loại rong tảo trên bắt đầu tham gia

vào quá trình đặc biệt có ích đối với nhân loại này từ khoảng gần 500 triệu

năm trước (vào kỷ Cambri) và vẫn tiếp tục nhiệm vụ của mình cho đến tận

ngày nay.

Botryococcus braunii hiện được xếp vào nhóm rong tảo xanh

(Chlorococcales) và được bắt gặp trên tất cả các biển và đại dương. Chúng

thường tụ thành những tập đoàn lớn bao gồm hàng triệu các tế bào dạng tròn

cực nhỏ (đường kính chỉ vài chục micromet) có lớp vỏ bọc khá dày. Đặc

điểm thú vị nhất của loại rong tảo trên chính là nó có thể tổng hợp ra nhiều

loại hidrocacbon khác nhau gọi chung là “dầu tảo”, khi đun nóng với áp suất

cao sẽ trở thành hợp chất giống hệt như dầu mỏ tự nhiên.

Bằng cách này, theo khẳng định của các nhà khoa học Mỹ, nhân loại thay vì

phải bỏ ra nhiều khoản tiền lớn để thăm dò, khoan giếng dầu, chỉ cần nuôi

trồng loại rong tảo trên theo quy mô công nghiệp. Có một vấn đề phức tạp

nữa là rong tảo Botryococcus braunii sinh trưởng rất chậm, không đảm bảo

được lợi ích kinh tế để trở thành nguồn sản xuất dầu hữu cơ. Nhưng lối thoát

cũng được giới khoa học nhanh chóng lần ra – họ tìm ra những loại gen của

rong tảo trên có thể sản xuất được hidrocacbon. Qua đó có thể cấy những

gen trên lên các sinh vật sinh trưởng nhanh hơn nhiều, chẳng hạn như lên tế

bào các loại men. Chỉ qua vài bước thử nghiệm đầu tiên, người Mỹ đã có

được giống men đầu tiên có thể sản xuất ra dầu hữu cơ.

Như vậy, nếu con người có thể nuôi trồng thành công loại tảo sinh ra dầu,

hành tinh chúng ta sẽ không còn có nguy cơ phải đối đầu với khủng hoảng

năng lượng. Mỗi một quốc gia nhờ sự giúp đỡ của các loại men biến đổi gen

có thể sản xuất được bao nhiều dầu tùy ý muốn mà không cần phụ thuộc vào

nguồn cung cấp.