Sản xuất Amoniac xanh không phát thải

Tiêu dùng bền vững

24/10/2021

Amoniac xanh là sản phẩm amoniac được sản xuất bằng các nguồn năng lượng tái tạo, vì vậy không phát thải khí cacbon. Thuật ngữ này đang ngày càng trở nên phổ biến trong lĩnh vực sản xuất amoniac. Mối quan tâm về amoniac xanh đang được thúc đẩy mạnh mẽ nhờ những nỗ lực toàn cầu nhằm giảm thiểu phát thải cacbon trong những thập niên tới.

Mặt khác, amoniac xanh cũng đang được xem xét như phương tiện lưu trữ năng lượng tái tạo để sử dụng khi cần, và là phương tiện để vận chuyển hydro. Hiện nay, nhiều công ty đã nhận thấy triển vọng của amoniac xanh như một dạng nhiên liệu sạch, đặc biệt là trong các lĩnh vực ứng dụng như sử dụng làm nguồn lưu trữ năng lượng hoặc nhiên liệu cho ngành kinh doanh vận tải. Nếu sử dụng làm nguồn cung năng lượng, amoniac có mật độ năng lượng cao gấp 9 lần ắc quy ion liti, gấp 1,8 lần hydro lỏng, hơn nữa lại có ưu điểm là dễ vận chuyển hơn hydro lỏng.

Sản lượng amoniac toàn cầu ngày nay đạt khoảng 180 triệu tấn/năm, nhưng tiềm năng sử dụng làm nguồn năng lượng có thể khiến cho nhu cầu thị trường amoniac tăng lên đến nhiều tỉ tấn/năm. Ngày nay, amoniac xanh được xem như một trong những nhiên liệu chính cho ngành vận tải hàng hải, cho phép ngành này đạt mục tiêu giảm phát thải CO2 đã đề ra đối với các mốc thời gian 2030 và 2050.

Ngành hóa chất đang hướng đến mục tiêu sản xuất xanh, trong đó có amoniac xanh. Trong ảnh là nhà máy sản xuất LIX (Vinachem). Ảnh: LIX.

Triển vọng sử dụng làm nhiên liệu hàng hải

Theo quy định của Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO), từ 1/1/2020 lượng phát thải lưu huỳnh oxit của tất cả các tàu biển sẽ không được vượt quá 0,5%. Quy định mới này được thiết lập với mục đích giảm phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và bảo vệ môi trường. Tiếp theo, IMO dự định sẽ đưa ra quy định về cắt giảm 40% phát thải CO2 vào năm 2030 và cắt giảm 70% vào năm 2050 so với mức phát thải năm 2018.

Để đáp ứng các quy định về giảm phát thải CO2, ngành hàng hải đang ngày càng đồng thuận cùng chung quan điểm cho rằng nhiên liệu truyền thống sẽ không thể được tiếp tục sử dụng cho hoạt động vận tải sau thời hạn chót 2050. Nhiều nguồn năng lượng khác đang được xem xét để thay thế, trong số đó có hydro và amoniac. Đặc biệt, lợi thế của amoniac ngày càng được công nhận, cả đối với nhiên liệu tàu thuyền (thay thế nhiên liệu hydrocacbon truyền thống) cũng như pin nhiên liệu (thay thế hydro).

Amoniac có những ưu điểm rõ rệt so với hydro lỏng, như dễ lưu kho và thao tác hơn, đồng thời cũng được xem như phương tiện an toàn để vận chuyển hydro.

Hiện tại, đã có nhiều nỗ lực được thực hiện nhằm thử nghiệm tính khả thi của amoniac trong ngành vận tải hàng hải. Đầu năm 2020, Công ty vận tải biển MISC, Công ty Samsung Industries, Hãng đăng kiểm lloyd’s register và Công ty MAN Energy Solutions đã tuyên bố chương trình hợp tác phát triển tàu chở dầu sử dụng nhiên liệu amoniac. Trong khi đó, Công ty dầu mỏ Equinor (Na-Uy) đang hợp tác với Công ty kỹ thuật hàng hải Eidesvik để cải tạo con tàu Viking Energy thành tàu sử dụng nhiên liệu amoniac vào năm 2024.

Công ty Nordic Innovation (Na-Uy) đang cấp vốn cho nhiều dự án vận tải biển bằng năng lượng xanh, trong đó có một dự án với mục tiêu hạ thủy con tàu chạy năng lượng amoniac vào năm 2025.

Mối quan tâm của ngành vận tải biển không chỉ giới hạn ở các tàu vận chuyển hàng với khối lượng lớn. Công ty vận hành tàu chở khách Color Fantasy cũng đang có kế hoạch thử nghiệm tàu chở khách chạy bằng nhiên liệu amoniac trên vùng biển Bắc Âu.

Công ty Haldor Topsoe tại đan Mạch sắp tới sẽ công bố báo cáo về ngành vận tải biển với hướng dẫn về những việc cần thực hiện để chấp nhận sử dụng amoniac làm nhiên liệu hàng hải.

Những thách thức về sản xuất

Trong khi amoniac truyền thống được sản xuất bằng cách sử dụng nguyên liệu khí thiên nhiên, khi sản xuất amoniac xanh người ta sử dụng thiết bị điện phân để tách hydro từ nước và thiết bị tách không khí để tách nitơ từ không khí, năng lượng cần thiết cho những quá trình này là điện năng được tạo ra từ năng lượng Mặt Trời/gió/thủy điện.

Sản xuất amoniac bằng thiết bị điện phân và năng lượng tái tạo không phải là khái niệm mới, nhưng công nghệ này ngày nay đang ngày càng được phát triển để tăng mạnh hiệu quả tiêu thụ năng lượng. Đầu thế kỷ 20, Công ty Norsk Hydro của Na-Uy đã sản xuất amoniac dựa trên nguồn năng lượng thủy điện. Hiện nay nhiều nghiên cứu đang được thực hiện với mục đích phát triển amoniac xanh, chủ yếu tại các nước Tây bắc châu âu, nhưng Nhật Bản cũng đang tích cực tham gia.

Tuy hiện nay chưa có những nhà máy sản xuất amoniac xanh quy mô lớn, nhưng các nhà sản xuất và các công ty công nghệ đang bắt đầu dọn đường cho những công nghệ xanh trong sản xuất amoniac. Những nhà máy amoniac xanh mới có khả năng sẽ cần được xây dựng ở những quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng Mặt Trời, năng lượng gió hoặc thủy điện, tốt nhất là kết hợp ít nhất hai nguồn năng lượng trong số đó để giảm thiểu những vấn đề về gián đoạn nguồn cung năng lượng và giảm xuống tối thiểu chi phí vận hành.

Những địa điểm lý tưởng sẽ là những nơi gần các thị trường tiêu thụ, ví dụ Ôxtrâylia đang được xem như một địa điểm hợp lý dựa trên tiềm năng về năng lượng tái tạo và vị trí gần thị trường tiêu thụ ở Đông Á.

Tương tự như vấn đề vốn đầu tư cao khi xây dựng nhà máy, một trong những thách thức lớn mà sản xuất amoniac xanh đang phải đối mặt là chi phí năng lượng tái tạo cao và nguồn cung hạn chế so với nguồn cung khí thiên nhiên rẻ tiền và dồi dào.

Tại châu âu, chi phí năng lượng tái tạo hiện nay khiến cho giá thành sản xuất một tấn amoniac xanh cao hơn khoảng 200-300% so với amoniac truyền thống. Nhưng về dài hạn, ước tính giá năng lượng tái tạo giảm sẽ giúp cho chi phí sản xuất amoniac xanh chỉ còn cao hơn 50-150% so với amoniac truyền thống. Đồng thời, việc đánh thuế phát thải cacbon cao theo quy định ở châu âu cũng sẽ hỗ trợ sản xuất amoniac xanh.

Nhìn chung, trong tương lai việc tăng tối đa hiệu quả năng lượng trong công nghệ sản xuất và xu hướng giảm giá năng lượng tái tạo sẽ là những yếu tố then chốt cho sự phát triển của sản xuất amoniac xanh.

Nguồn Vinachem/Chemical & Engineering News

Tags: