Phân bón, sản phẩm tẩy rửa và chất làm lạnh có điểm gì chung?
Câu trả lời là amoniac, một hợp chất hóa học bao gồm một nguyên tử nitơ và ba nguyên tử hydro.
Thành phần này cũng đã khiến ngành năng lượng chú ý đến amoniac. Nó đưa ra một cách để amoniac giải quyết thách thức vận chuyển hydro, một nguyên tố ngày càng được coi là nhiên liệu thay thế để khử cacbon cho phần lớn nền kinh tế vì nó không thải ra CO₂ khi đốt cháy.
Vận chuyển hydro nổi tiếng là thách thức, nhưng sử dụng amoniac làm chất mang cho phép vận chuyển và lưu trữ khối lượng lớn hydro một cách an toàn trên khoảng cách xa.
Chìa khóa ở đây là công nghệ “cracking” được sử dụng để chiết xuất thành phần hydro khi amoniac đến đích.
Thử thách vận chuyển hydro
Trong khi các địa điểm địa chất tự nhiên như hang muối có thể được sử dụng để lưu trữ hydro cục bộ, vai trò chủ đạo tiềm năng của nhiên liệu trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu phụ thuộc vào việc tìm ra những cách hiệu quả để vận chuyển nó - thường là trên một khoảng cách dài - từ địa điểm sản xuất đến nơi cung cấp.
Nhưng điều này đặt ra một thách thức. Hydro là chất khí ở nhiệt độ phòng và có mật độ năng lượng thể tích thấp nên có thể chiếm 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 của nó, nhưng cần có áp suất rất cao để đạt được mức tăng tương đối nhỏ. Và mặc dù việc hóa lỏng hydro giúp tăng mật độ của nó lên gấp đôi, nhưng quá trình này vừa kém hiệu quả vừa tốn kém – quá trình hóa lỏng thường tiêu tốn gần một phần ba hàm lượng năng lượng của hydro.
Tuy nhiên, việc vận chuyển hydro bằng chất mang như amoniac hoặc metanol - có nhiều nguyên tử hydro - cho phép di chuyển khối lượng lớn hơn nhiều so với kích thước bể.
Amoniac an toàn, ổn định có thể khắc phục được vấn đề này
Amoniac đang nổi lên trước metanol với tư cách là chất dẫn đầu rõ ràng trong việc vận chuyển hydro, vì nó có mật độ chất mang cao hơn nhiều.
Là một thành phần quan trọng trong sản xuất phân bón, amoniac cũng có chuỗi cung ứng toàn cầu được thiết lập với các tiêu chuẩn lưu trữ và vận chuyển số lượng lớn an toàn. Các phương pháp ngăn chặn rò rỉ đã được thử nghiệm và kiểm nghiệm là một lợi thế, do amoniac có độc tính cao, trong khi nhiệt độ bắt lửa cao giúp amoniac an toàn khi vận chuyển và lưu trữ.
Ở dạng khí tinh khiết, amoniac có thể được hóa lỏng dễ dàng ở nhiệt độ phòng bằng cách sử dụng áp suất cực thấp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển khối lượng lớn.
Khi đến nơi, amoniac phải trải qua quá trình “cracking” để tách hydro ra khỏi nitơ.
Sau khi hydro được giải phóng khỏi chất mang amoniac, khí có thể được vận chuyển bằng các đường ống khí đốt tự nhiên hiện có có khả năng thích ứng để vận chuyển hydro. Sau đó, nó có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô trong các quy trình công nghiệp hoặc làm nhiên liệu thay thế để giúp khử cacbon cho các hệ thống vận tải hạng nặng như xe tải, tàu hỏa, vận chuyển hoặc hàng không.
Giải pháp bẻ khóa
Một nghiên cứu gần đây của Cảng Rotterdam cho thấy việc chuyển đổi amoniac một cách an toàn thành khoảng 1 triệu tấn hydro hàng năm tại cảng bằng cách sử dụng máy bẻ khóa quy mô lớn là khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Là một phần trong nỗ lực mở rộng việc sử dụng hydro và amoniac, Tập đoàn Mitsubishi Heavy Industries (MHI) đang hợp tác với Nippon Shokubai để phát triển hệ thống Cracking amoniac tối ưu có thể cho phép sử dụng hydro thông qua việc vận chuyển khối lượng lớn amoniac.
Hydro từ hệ thống Cracking mới sẽ có sẵn để sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu thô không phát thải.
Công nghệ Cracking là một phần quan trọng trong nỗ lực thiết lập chuỗi cung ứng sử dụng amoniac làm chất mang hydro và đang thu hút được sự chú ý. Một số dự án thí điểm đang được tiến hành 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.
Các giải pháp như thế này có thể là một công cụ có giá trị trong việc thiết lập mạng lưới hydro toàn cầu nhằm giúp khử cacbon trong chuỗi cung ứng.
