Amoniac: Giải bài toán vận chuyển hydro

Từ Spectra, MHI

2025-09-18

Mục lục

• Vì sao hydro khó vận chuyển

• Amoniac: Giải pháp cho thách thức vận chuyển hydro

• Từ amoniac thành hydro: Nỗ lực “cracking”

Bài viết này được xuất bản lần đầu vào tháng 11 năm 2023

Hydro tiếp tục thu hút sự chú ý như một loại nhiên liệu thay thế. Hydro không thải CO₂ khi đốt cháy, vì vậy có thể giúp khử cacbon cho nhiều lĩnh vực trong nền kinh tế. Nhưng có một trở ngại tiềm ẩn trên hành trình này — việc vận chuyển hydro vốn nổi tiếng là đầy thách thức.

Amoniac — một hợp chất hóa học gồm một nguyên tử nitơ và ba nguyên tử hydro — là một giải pháp đầy hứa hẹn.

Khi được sử dụng làm chất mang hydro, amoniac cho phép vận chuyển và lưu trữ an toàn khối lượng lớn hydro trong quãng đường dài.

Chìa khóa cho điều này là công nghệ “cracking” được sử dụng để tách thành phần hydro ra khi amoniac đến đích.

Vì sao hydro khó vận chuyển

Trong khi các vị trí địa chất tự nhiên như hang muối có thể được dùng để lưu trữ hydro tại chỗ, vai trò tiềm năng của loại nhiên liệu này trong quá trình chuyển dịch năng lượng toàn cầu phụ thuộc vào việc tìm ra các phương pháp vận chuyển hiệu quả — thường là trong quãng đường dài — từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ.

Tuy nhiên, điều này tạo ra một thách thức. Hydro là một loại khí ở nhiệt độ phòng và có mật độ năng lượng thể tích thấp, vì vậy nó chiếm rất nhiều không gian so với các loại nhiên liệu khác, khiến việc vận chuyển trở nên kém hiệu quả.

Hydro có thể được nén để tăng mật độ năng lượng, nhưng cần áp suất rất cao để đạt được mức tăng tương đối nhỏ. Và, mặc dù việc hoá lỏng hydro có thể làm tăng gấp đôi mật độ của nó, nhưng quá trình này vừa kém hiệu quả vừa tốn kém — hóa lỏng thường tiêu tốn gần một phần ba hàm lượng năng lượng của hydro.

Tuy nhiên, vận chuyển hydro bằng cách sử dụng chất mang như amoniac hoặc methanol — vốn có nhiều nguyên tử hydro — cho phép vận chuyển khối lượng lớn hơn nhiều so với kích thước bồn chứa.

Amoniac: Giải pháp cho thách thức vận chuyển hydro

Amoniac đang nổi lên và vượt qua methanol để trở thành ứng viên hàng đầu cho việc vận chuyển hydro, vì nó có mật độ cao hơn nhiều khi làm chất mang.

Là thành phần chính trong sản xuất phân bón, amoniac cũng đã có chuỗi cung ứng toàn cầu với các tiêu chuẩn vận chuyển và lưu trữ số lượng lớn an toàn. Các biện pháp phòng ngừa rò rỉ đã được thử nghiệm và kiểm chứng là một lợi thế, xét đến độc tính cao của amoniac, trong khi nhiệt độ tự cháy cao của nó giúp việc vận chuyển và lưu trữ an toàn.

Ở dạng khí tinh khiết, amoniac có thể được hoá lỏng dễ dàng ở nhiệt độ phòng với áp suất cực thấp, tạo điều kiện thuận lợi cho vận chuyển khối lượng lớn.

Khi đến nơi, amoniac phải trải qua quá trình “cracking” để tách hydro ra khỏi nitơ.

Khi hydro được tách ra khỏi chất mang amoniac, khí này có thể được vận chuyển bằng các đường ống khí tự nhiên hiện có vốn có thể được điều chỉnh để vận chuyển hydro. Sau đó nó có thể được sử dụng như nguyên liệu thô trong các quy trình công nghiệp hoặc như một loại nhiên liệu thay thế giúp khử cacbon các hệ thống vận tải hạng nặng như xe tải, tàu hỏa, vận tải biển hoặc hàng không.

Từ amoniac thành hydro: Nỗ lực “cracking”

Công nghệ cracking đang ngày càng được nghiên cứu và thử nghiệm trên toàn cầu.

Một nghiên cứu của Cảng Rotterdam cho thấy có thể chuyển đổi amoniac thành khoảng 1 triệu tấn hydro mỗi năm tại cảng bằng một hệ thống cracking quy mô lớn một cách an toàn về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Nhằm mở rộng việc sử dụng hydro và amoniac, Tập đoàn Mitsubishi Heavy Industries (MHI) đã hợp tác với Nippon Shokubai để phát triển một hệ thống cracking amoniac tối ưu có thể cho phép sử dụng hydro thông qua vận chuyển khối lượng lớn amoniac.

Hydro từ hệ thống cracking mới sẽ có sẵn để sử dụng như một loại nhiên liệu không phát thải và như nguyên liệu thô.

MHI cũng đang phát triển một hệ thống tinh chế hydro sau quá trình cracking amoniac. Công ty kỳ vọng công nghệ này sẽ giúp thiết lập một chuỗi cung ứng hydro và amoniac, từ đó giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Công nghệ cracking là một phần quan trọng trong nỗ lực thiết lập chuỗi cung ứng sử dụng amoniac như chất mang hydro và đang ngày càng thu hút sự quan tâm. Nhiều dự án thí điểm đang được triển khai ở châu Âu và tại Nhật Bản, một nghiên cứu chung đang được thực hiện để thiết lập chuỗi cung ứng hydro và amoniac tại khu công nghiệp ven biển Osaka. MHI gần đây đã bắt đầu vận hành nhà máy thí điểm cracking amoniac tại trung tâm R&D Nagasaki.

Các giải pháp như thế này có thể trở thành công cụ hữu ích trong việc thiết lập mạng lưới hydro toàn cầu nhằm giúp khử cacbon cho chuỗi cung ứng.