Do các vấn đề về môi trường và năng lượng do nhiên liệu hóa thạch gây ra, việc tìm kiếm các giải pháp năng lượng sạch và tái tạo thay thế chưa bao giờ cấp bách hơn thế. Trong số này, hydro (H2) đang nổi lên như một ứng cử viên hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng cho cả ứng dụng cố định và di động. Tuy nhiên, việc sử dụng pin nhiên liệu hydro cho mục đích thương mại bị cản trở bởi những thách thức trong việc xử lý và vận chuyển hydro do mật độ năng lượng thể tích thấp.
Tiềm năng sử dụng amoniac làm chất mang hydro để phát điện tại chỗ thông qua phân hủy amoniac được thảo luận một cách có hệ thống. Nhà cung cấp hình ảnh: Zhonghua Xiang, Đại học Công nghệ Hóa học Bắc Kinh, Bắc Kinh 100029, PR Trung Quốc
May mắn thay, amoniac (NH 3 ) đang nổi lên như một chất mang hydro đầy hứa hẹn do hàm lượng hydro cao (17,6% khối lượng) và tiềm năng mang lại lợi ích kinh tế cho sản xuất năng lượng . Khi được sử dụng làm nhiên liệu, nó chỉ tạo ra sản phẩm phụ là nitơ và nước, khiến nó trở thành sản phẩm thay thế không chứa carbon cho nhiên liệu hóa thạch truyền thống .
Nó có thể hóa lỏng ở áp suất thấp 0,86 MPa ở 25oC, cung cấp mật độ năng lượng thể tích cao 10,5 MJ L -1 , gấp đôi so với hydro nén ở 70 MPa (5 MJ L -1 ). Một nhóm các nhà khoa học đã thảo luận một cách có hệ thống về tiềm năng sử dụng amoniac làm chất mang hydro để phát điện tại chỗ thông qua quá trình phân hủy amoniac. Công trình của họ được xuất bản trên tạp chí Hóa học & Vật liệu Công nghiệp .
Zhonghua Xiang, Giáo sư tại Đại học Công nghệ Hóa học Bắc Kinh cho biết: “Ngày càng có nhiều mối quan tâm đến việc sử dụng amoniac làm nguồn năng lượng”.
"Ở góc độ này, chúng tôi đã đề cập đến các đặc tính hóa học cùng với các dự án gần đây hoặc các nhà máy hóa chất trên toàn thế giới. Hơn nữa, chúng tôi đã thảo luận về chiến lược thiết kế chất xúc tác và lò phản ứng, cũng như những lợi ích và hạn chế của chúng. Chúng tôi hy vọng quan điểm này có thể làm sáng tỏ tiềm năng của amoniac như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các phương pháp lưu trữ hydro truyền thống và nêu bật những thách thức cũng như cơ hội phía trước trong lĩnh vực nghiên cứu thú vị này”.
Như đã đề cập, lưu trữ năng lượng tái tạo dưới dạng nhiên liệu hóa học được coi là một cách tiếp cận thực tế cho cả việc lưu trữ ngắn hạn và dài hạn, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải. Về vấn đề này, NH 3 được khuyến nghị là lựa chọn khả thi hơn về mặt kỹ thuật so với CH 3 OH do tính chất hóa học thuận lợi của nó.
Hàm lượng trọng lượng H 2 của NH 3 cao hơn 40% so với CH 3 OH, trong khi vẫn duy trì mật độ năng lượng thể tích tương đương. Ngoài ra, đối với nhiên liệu dựa trên carbon, việc thu được các dòng carbon dioxide tinh khiết từ khí thải công nghiệp có thể không phải là giải pháp khả thi lâu dài và chi phí cho việc thu giữ trực tiếp carbon dioxide từ không khí là rất cao.
Xiang cho biết : “Một trong những hạn chế chính của amoniac là độc tính rõ ràng của nó, lớn hơn khoảng ba bậc so với metanol hoặc xăng. Để đảm bảo sử dụng an toàn , giới hạn phơi nhiễm được khuyến nghị đối với NH 3 được đặt dưới 100 ppm”.
"Tuy nhiên, có thể theo dõi các mối nguy hiểm và rò rỉ NH 3 tiềm ẩn trong thời gian thực bằng cách sử dụng các cảm biến thích hợp. Hơn nữa, mũi con người có thể phát hiện amoniac ở nồng độ thấp tới 5 ppm trong không khí, khiến nó dễ nhận thấy hơn nhiều so với hydro không mùi. Do đó, , việc thực hiện quản lý mối nguy thích hợp để giảm thiểu hiệu quả nguy cơ phơi nhiễm amoniac đối với cả con người và môi trường là điều thiết thực."
Tiến sĩ Lingling Zhai, một nhà nghiên cứu trong nhóm của Xiang, giải thích: “Việc ứng dụng amoniac cho các hệ thống phát điện có thể cố định hoặc di động, khiến nó càng trở nên hấp dẫn hơn”.
"Tại Trung Quốc, nhóm của Jiang từ Đại học Phúc Châu đã phát triển một dự án trình diễn sử dụng amoniac để sản xuất hydro tại chỗ tại trạm tiếp nhiên liệu hydro, nhằm tạo ra một cộng đồng năng lượng không phát thải carbon. Hiện tại, công ty khởi nghiệp công nghệ Mỹ, Amogy, đang triển khai các hoạt động thử nghiệm tàu kéo 200 kW dành cho các ứng dụng hàng hải với sự hợp tác của Trung tâm Máy phóng Năng lượng Bền vững ở Na Uy."
"Các tổ chức quốc tế như Hiệp hội Năng lượng Amoniac (AEA), Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA) và Viện Nghiên cứu Năng lượng Oxford (OIES) cũng đã có những nỗ lực đáng kể để thúc đẩy ứng dụng amoniac như một mặt hàng năng lượng bền vững," Zhai nói.
Để áp dụng các hệ thống phát điện dựa trên amoniac, cần xem xét một số khía cạnh: 1. Để tránh khả năng rò rỉ amoniac, bể chứa và tất cả các bộ phận được kết nối nên sử dụng vật liệu chống ăn mòn. 2. Cần có chất xúc tác phân hủy amoniac ở nhiệt độ thấp (< 450oC) và lò phản ứng có mật độ năng lượng thể tích cao . 3. Các chính sách và quy định liên quan khuyến khích sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo có thể giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế ít carbon.
Xiang cho biết : “Với bối cảnh của các cuộc thảo luận ở trên, chúng tôi hy vọng nền kinh tế “ từ amoniac chuyển hóa hydro” có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng hydro xanh có thể mở rộng trong tương lai gần”.
