Biến thức ăn thừa thành năng lượng: Lời giải cho bài toán tồn tại hơn một thập kỷ
Tập đoàn đa quốc gia của Mỹ cho biết họ đã tìm ra lời giải cho bài toán tồn tại hơn một thập kỷ: Biến nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp và thực vật dồi dào thành nhiên liệu hiệu quả.
Tập đoàn đa quốc gia của Mỹ cho biết họ đã tìm ra lời giải cho bài toán tồn tại hơn một thập kỷ: Biến nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp và thực vật dồi dào thành nhiên liệu hiệu quả. (Ảnh: AFP)
Giữa tiềm năng rất lớn của sinh khối và khả năng khai thác được năng lượng hữu ích từ nó vẫn tồn tại một khoảng cách đáng kể - nơi không ít công nghệ từng được kỳ vọng đã sớm thất bại. Tuy nhiên, Honeywell dường như đang nắm trong tay những ý tưởng có thể giúp thu hẹp, thậm chí lấp đầy khoảng trống đó.
Vậy điều gì khiến sinh khối lâu nay vẫn bị xem là “kẻ chiếu dưới” trong bức tranh năng lượng tái tạo, ngoài các yếu tố như nguồn cung thiếu ổn định hay giá cả biến động? Xét cho cùng, sinh khối cũng là hydrocarbon giống như dầu mỏ; thậm chí, dầu mỏ và than đá về bản chất chỉ là sinh khối cổ đại. Nếu hydrocarbon là nguồn năng lượng tự nhiên, vì sao sinh khối lại gặp nhiều trở ngại như vậy?
Sinh khối thực sự giàu năng lượng, nhưng nó có một vấn đề khó chịu: Oxy.
Oxy - yếu tố thiết yếu cho sự sống - lại không “thân thiện” khi tồn tại trong sinh khối. Các nguyên tử oxy liên kết hóa học có tính phản ứng cao, rất dễ kết hợp với nhiều chất khác để tạo ra các phân tử không mong muốn. Điều này thúc đẩy quá trình trùng hợp, tức hình thành các chuỗi phân tử dài, dính và khó xử lý.
Chưa dừng lại ở đó, oxy còn khiến dầu có tính axit và dễ ăn mòn. Do khả năng hút ẩm, nó kéo hơi nước từ không khí vào, tạo ra các nhũ tương kém ổn định. Oxy cũng cản trở quá trình đốt cháy, làm giảm mật độ năng lượng của nhiên liệu, đồng thời phản ứng với chất xúc tác và khiến chúng nhanh chóng mất hoạt tính - biến những vật liệu đắt tiền thành thứ bỏ đi.
Điều này có thể gây thắc mắc, bởi oxy vốn rất hữu ích trong động cơ tên lửa, vậy vì sao ở đây nó lại trở thành “nhân vật phản diện”?
Sự khác biệt nằm ở cách oxy được sử dụng. Trong động cơ tên lửa, oxy tinh khiết được lưu trữ riêng và chỉ trộn với nhiên liệu ngay tại thời điểm đốt cháy, đóng vai trò chất oxy hóa. Ngược lại, khi oxy đã bị “khóa chặt” trong các phân tử có nguồn gốc từ sinh khối, nó gây ra hàng loạt vấn đề: Trùng hợp, tạo nhũ tương, mất ổn định và mật độ năng lượng thấp.
Việc chuyển sinh khối thành biocrude - một chất lỏng sẫm màu, đặc, trông khá giống dầu mỏ - không quá khó. Tuy nhiên, xét dưới góc độ năng lượng, biocrude lại giống như một “quả chanh chua”. Hàm lượng oxy cao khiến nó kém ổn định, dễ ăn mòn và không tương thích với các quy trình lọc dầu truyền thống.
Đây là điểm Honeywell bước vào cuộc chơi. Tập đoàn này vốn nổi tiếng với các thiết bị hàng không, trong đó có hộp đen, cùng các giải pháp tự động hóa công nghiệp, đồng thời cũng là một tên tuổi lớn trong lĩnh vực công nghệ năng lượng.
Honeywell UOP, công ty con do Honeywell International sở hữu 100%, đã phát triển một quy trình giúp “nâng cấp” biocrude thành nhiên liệu dạng “drop-in” - có thể thay thế trực tiếp nhiên liệu hàng hải truyền thống, xăng hoặc nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) mà không cần điều chỉnh động cơ.
Theo Honeywell, phế phụ phẩm từ thực vật và nông nghiệp có thể được chuyển hóa thành biocrude carbon thấp ngay tại nơi thu gom, nhờ đó giữ chi phí vận chuyển ở mức hợp lý.
Quy trình mới của Honeywell sau đó cho phép tinh chế biocrude tại các cơ sở quy mô lớn - theo cách tương tự như xử lý các dòng dầu mỏ thông thường - để tạo ra nhiên liệu hoàn chỉnh. Theo Honeywell, trong hơn một thập kỷ qua, tập đoàn đã cung cấp các công nghệ quy trình cho nhiên liệu tái tạo và nhiên liệu thay thế, sử dụng nhiều loại nguyên liệu đầu vào khác nhau. Công nghệ nâng cấp biocrude mới được phát triển nhằm bổ sung và hoàn thiện danh mục giải pháp nhiên liệu tái tạo của công ty.
Công nghệ cốt lõi
Trọng tâm của quy trình là vô hiệu hóa những ảnh hưởng bất lợi do oxy gây ra. Cách tiếp cận là đưa hydro vào để hydro liên kết với oxy, tạo thành nước và được tách ra khỏi hệ thống - bước này được gọi là khử oxy bằng hydro (hydrodeoxygenation).
Tuy nhiên, việc sử dụng hydro cũng làm bài toán trở nên phức tạp hơn. Nếu dùng hydro xám truyền thống, chuỗi công nghệ này sẽ không hoàn toàn “xanh”, bởi quá trình khai thác hydro xám phát thải lượng lớn CO₂. Ngược lại, hydro xanh giúp quá trình sạch hơn, nhưng chi phí lại rất cao.
Dù vậy, Honeywell khẳng định toàn bộ quy trình vẫn đáp ứng được cả yêu cầu môi trường lẫn hiệu quả kinh tế. Ông Ranjit Kulkarni, Phó Chủ tịch kiêm Tổng Giám đốc mảng Giải pháp Năng lượng và Bền vững của Honeywell Ấn Độ, cho biết với businessline rằng quy trình chuyển biocrude thành nhiên liệu “có tính cạnh tranh về chi phí”.
Điều này cho thấy lượng hydro cần thiết không lớn đến mức đẩy giá nhiên liệu lên cao - có thể do ngay từ giai đoạn khai thác biocrude ban đầu, thông qua xử lý nhiệt nhanh, một phần oxy đã được loại bỏ, từ đó giảm nhu cầu hydro ở các bước sau. Ngay cả trong trường hợp sử dụng hydro xám, lượng phát thải tính theo toàn vòng đời vẫn thấp hơn đáng kể so với nhiên liệu hóa thạch.
Trả lời businessline, Honeywell cho biết: “Công nghệ nâng cấp biocrude có sử dụng hydro, và loại hydro được lựa chọn sẽ phụ thuộc vào mục tiêu, cũng như nhu cầu cụ thể của khách hàng”.
Nếu quy trình của Honeywell được triển khai thành công ở quy mô lớn, đây nhiều khả năng sẽ trở thành “cây cầu” được chờ đợi từ lâu, đưa nguồn sinh khối dồi dào của Ấn Độ tiến gần hơn tới vị trí trung tâm trong lĩnh vực năng lượng sạch.
