Amoniac: Nhiên liệu của tương lai?
Amoniac hoạt động như một chất mang năng lượng tương tự như hydro. Tuy nhiên, amoniac có một số đặc điểm khiến nó hứa hẹn hơn hydro cho quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Bất chấp điều đó, chi phí sản xuất amoniac xanh vẫn rất đắt đỏ để áp dụng rộng rãi.
Tại sao Amoniac làm nhiên liệu đang trở nên phổ biến?
Amoniac là một loại khí không màu, là nguyên liệu thô quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp và đang trở nên phổ biến như một loại nhiên liệu tiềm năng để sản xuất năng lượng. Mối quan tâm ngày càng tăng đối với việc sử dụng amoniac làm năng lượng chủ yếu đến từ các đặc tính giúp dễ dàng lưu trữ và vận chuyển. Ngoài ra, nó đậm đặc năng lượng hơn hydro – đối thủ cạnh tranh chính của nó.
Sản xuất, sử dụng amoniac và nhiên liệu hóa thạch
Hiện tại, phần lớn nhiên liệu amoniac được sản xuất được sử dụng để sản xuất phân bón. Tuy nhiên, quy trình sản xuất amoniac sử dụng nhiều năng lượng và phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để lấy năng lượng và nguyên liệu thô. Sản xuất amoniac toàn cầu tiêu thụ 1,8% năng lượng của thế giới và chiếm 1,8% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu. Con số này cao hơn sản lượng của Nam Phi từ tất cả việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch và Nam Phi nhận được 92% năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch.
Nguồn: IEA
Tuy nhiên, theo cách tương tự, quá trình sản xuất hydro có thể sử dụng nhiều carbon hoặc trung hòa carbon, quá trình sản xuất amoniac cũng giống nhau. Lượng khí thải carbon từ sản xuất amoniac gần như hoàn toàn phụ thuộc vào năng lượng đầu vào. Nếu năng lượng tái tạo là đầu vào, sẽ có lượng khí thải tối thiểu.
Kết quả là, cả hydro và amoniac đều là nguồn nhiên liệu tái tạo tiềm năng. Nhiên liệu tái tạo sẽ đóng một vai trò quan trọng khi thế giới khử cacbon, đặc biệt đối với các ngành công nghiệp khó khử cacbon – như sản xuất phân bón.
Làm nhiên liệu amoniac
Nhiên liệu amoniac được tạo ra bằng cách kết hợp nitơ và hydro thông qua một quy trình được gọi là Haber-Bosch. Quy trình Haber-Bosch sử dụng một lò phản ứng có áp suất cao (200 atm) và nhiệt độ (500 độ C) để buộc hydro và nitơ liên kết với nhau, tạo thành amoniac – NH3. Amoniac hình thành dưới dạng khí và sau đó được làm lạnh thành chất lỏng ở nhiệt độ -33 độ C để lưu trữ.
Yêu cầu về áp suất và nhiệt độ cao của phản ứng làm cho quá trình tốn nhiều năng lượng. Ngoài ra, nguồn hydro phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất amoniac đến từ khí thiên nhiên – một loại nhiên liệu hóa thạch. Cả hai thực tế này làm cho việc sản xuất amoniac hiện nay phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu hóa thạch và là nguồn phát thải CO2 đáng kể.
Nguồn: Diễn đàn kinh tế thế giới
Nhiên liệu Amoniac xanh: Giải pháp thay thế ít carbon
Ngoài ra, có thể sản xuất nhiên liệu amoniac xanh, carbon thấp, bền vững, hạn chế sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Khai thác năng lượng tái tạo cho đầu vào năng lượng và sử dụng hydro từ nước thay vì khí đốt tự nhiên là những lựa chọn thay thế xanh.
Thật không may, quá trình điện phân nước, quy trình được sử dụng để tạo ra hydro từ nước, vẫn còn đắt đỏ và không ở quy mô thay thế quá trình sản xuất hydro từ khí tự nhiên. Khi công nghệ cải thiện và chi phí giảm, điều này có thể trở thành một giải pháp thay thế khả thi.
Pin nhiên liệu amoniac so với hydro: Amoniac có tốt hơn hydro không?
Amoniac tốt hơn nhiên liệu hydro. Mọi người thường coi amoniac và hydro là những nguồn năng lượng giống nhau, vì cả hai đều đóng vai trò là chất mang năng lượng cho năng lượng ban đầu được sử dụng trong quá trình sản xuất của chúng. Ngoài ra, hydro là nguyên liệu đầu vào để sản xuất amoniac, vì vậy phương pháp sản xuất hydro ảnh hưởng lớn đến tổng lượng phát thải amoniac.
Tuy nhiên, amoniac có nhiều đặc tính có lợi khiến nó trở thành nguồn nhiên liệu cuối tốt hơn so với hydro, mặc dù cần thêm năng lượng để chuyển đổi hydro thành amoniac.
Nguồn: S&P toàn cầu
1. Nhiên liệu amoniac dễ vận chuyển và bảo quản
Amoniac không đòi hỏi các điều kiện khắc nghiệt như hydro trong quá trình vận chuyển và lưu trữ. Khí hydro phải được bảo quản trong bình áp suất cao ở áp suất 340 atm hoặc ở dạng lỏng trong điều kiện đông lạnh -252 độ C. Trong khi đó, amoniac lỏng chỉ yêu cầu -33 độ C để bảo quản. Những điều kiện lưu trữ dễ dàng hơn này không chỉ có nghĩa là lưu trữ amoniac an toàn hơn và rẻ hơn mà còn ít tốn năng lượng hơn.
2. Amoniac có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn hydro
Amoniac đậm đặc năng lượng hơn hydro. Amoniac lỏng có mật độ năng lượng là 15,6 MJ/L so với hydro lỏng là 9,1 MJ/L và hydro dạng khí, nén là 5,6 MJ/L. Mật độ năng lượng cao hơn có nghĩa là ít amoniac hơn để tạo ra cùng một lượng năng lượng. Cuối cùng, điều này chuyển thành một loại nhiên liệu linh hoạt hơn.
3. Cơ sở hạ tầng cho Amoniac đã được thiết lập
Ngành công nghiệp amoniac đã được thiết lập tốt để sử dụng trong công nghiệp. Cơ sở hạ tầng giao dịch, vận chuyển và lưu trữ được triển khai tại khoảng 200 cảng trên toàn cầu. Ngành năng lượng có thể mở rộng cơ sở hạ tầng này để đáp ứng nhu cầu công suất hơn nữa. Mặt khác, việc thiếu cơ sở hạ tầng hydro là một trong những mối lo ngại lớn nhất đối với ngành công nghiệp hydro.
Nhiên liệu Amoniac có thể trở thành nguồn năng lượng tái tạo cho tương lai không?
Nhiên liệu amoniac có thể là một nguồn năng lượng carbon thấp khả thi cho tương lai. Nó có những đặc tính mà
nó là một lựa chọn tuyệt vời cho một số trường hợp sử dụng. Tuy nhiên, phần lớn amoniac đến từ nhiên liệu hóa thạch và amoniac xanh vẫn là một ngành công nghiệp non trẻ.
Nguồn: Hiệp hội Năng lượng Amoniac
Trước khi amoniac tái tạo khả thi, giá hydro xanh phải giảm đáng kể. Hiện tại, Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA) ước tính rằng việc sản xuất một tấn amoniac từ hydro xanh có chi phí lên tới 1.400 USD, trong khi sử dụng khí tự nhiên có giá lên tới 340 USD. Khoảng cách giá này khiến việc khuyến khích ngành chuyển sang sử dụng năng lượng tái tạo trở nên khó khăn , sản xuất hydro xanh.
Việc giải quyết các mối lo ngại về giá phần lớn phụ thuộc vào việc cải thiện quá trình điện phân nước hydro, đây là một trong những rào cản chính đối với việc sản xuất hydro xanh. Các khoản đầu tư của chính phủ vào R&D, ưu đãi cho ngành và trợ cấp đều có vai trò thiết yếu trong việc giảm chênh lệch giá này.
Bất kể, tương lai của năng lượng tái tạo là thú vị và cần thiết. Với những tiến bộ liên tục trong công nghệ, nhiên liệu amoniac có tiềm năng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi hướng tới một tương lai bền vững hơn.
