Amoniac xanh có thể khử cacbon cho ngành vận tải toàn cầu?
Các nhà khoa học cho rằng việc cung cấp amoniac xanh tại 10 cảng khu vực hoặc 100 cảng toàn cầu có thể đáp ứng hơn 60% nhu cầu nhiên liệu vận chuyển của thế giới.
Amoniac (NH3) là một hợp chất hóa học dựa trên hydro và nitơ thường được tìm thấy trong tự nhiên.
Cần thiết cho các quá trình sinh học khác nhau, amoniac là tiền chất thiết yếu trong quá trình tổng hợp axit amin — đơn vị cơ bản của protein — và nucleotide — khối xây dựng cơ bản của axit nucleic (DNA và RNA) — trong sinh vật sống. Trong môi trường, amoniac được tạo ra trong chu trình nitơ thông qua các quá trình khác nhau của vi khuẩn trong đất.
Ngoài vai trò của nó trong hệ sinh thái, amoniac còn được sử dụng rộng rãi làm phân bón để cải thiện chất lượng đất và kích thích sự phát triển của thực vật thông qua hàm lượng nitơ đậm đặc.
Ngoài ra, nó được sử dụng để sản xuất các hóa chất công nghiệp phục vụ mục đích của chúng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm dược phẩm, dệt may, chất nổ, sản phẩm tẩy rửa và nhựa.
Gần đây, amoniac đã nổi lên như một loại nhiên liệu thay thế tiềm năng cho ngành vận tải biển. Theo Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), ngành này cần đạt mức phát thải khí nhà kính bằng 0 vào năm 2050.
Điều này nhằm đáp lại thực tế là 90% hoạt động buôn bán hàng hóa vật chất trên thế giới được thực hiện bằng các tàu đốt dầu nhiên liệu nặng và thải ra các chất ô nhiễm có hại. Những lượng khí thải này đóng góp tới gần 3% tổng lượng khí thải nhà kính toàn cầu.
Tuy nhiên, do quy trình sản xuất của nó (Haber-Bosch) dựa vào nhiên liệu hóa thạch để tạo ra hydro và năng lượng, nên sản xuất amoniac nổi bật là một trong những nguyên nhân công nghiệp hàng đầu đóng góp vào lượng khí thải carbon dioxide (CO2). Mỗi tấn amoniac hiện bổ sung thêm khoảng 1,9 tấn khí thải nhà kính vào khí quyển.
Các nhà khoa học tin rằng amoniac xanh, một dạng không chứa carbon được sản xuất bằng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời, có thể là giải pháp nhiên liệu khả thi để đáp ứng các mục tiêu của IMO.
Theo một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí truy cập mở Nghiên cứu Môi trường: Cơ sở hạ tầng và Tính bền vững, việc cung cấp nghiên cứu này tại chỉ 100 cảng nhiên liệu thậm chí có thể giúp khử cacbon 60% hoạt động vận chuyển toàn cầu.
Chuyển sang amoniac xanh
René Bañares-Alcántara, Tiến sĩ, đồng tác giả của nghiên cứu và giáo sư kỹ thuật hóa học tại Khoa Khoa học Kỹ thuật tại Đại học Oxford, nhấn mạnh amoniac xanh là lựa chọn tối ưu cho tương lai của ngành vận tải biển.
Bañares-Alcántara nói với IE trong một cuộc phỏng vấn: “Amoniac (xanh lục hoặc loại khác) có thể được đốt cháy, sử dụng trong pin nhiên liệu hoặc bị phân hủy trở lại thành hydro”. Nó ít đậm đặc năng lượng hơn nhiên liệu hóa thạch nhưng không tạo ra lượng khí thải CO2 khi sử dụng. Sự khác biệt về hàm lượng năng lượng là quan trọng nhưng không giảm đáng kể.”
“Các lựa chọn thay thế khác, ví dụ: Bañares-Alcántara cho biết nhiên liệu sinh học, metanol xanh, hydro, nhiên liệu xanh, v.v., có nguồn cung hạn chế trong tương lai, chi phí cao hơn hoặc tạo ra lượng khí thải CO2 khi sử dụng.
Tuy nhiên, dựa trên nghiên cứu, việc thực hiện quá trình chuyển đổi sẽ tiêu tốn chi phí đáng kể là 2 nghìn tỷ USD trong việc phát triển cơ sở hạ tầng cho chuỗi cung ứng nhiên liệu. “Amoniac xanh hiện đắt hơn nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh (hóa thạch) rất thấp, tuy nhiên, với chi phí năng lượng tái tạo giảm mạnh và thuế carbon rất có thể tăng, chi phí có thể sẽ tương đương vào năm 2030-2035 và các dự đoán chỉ ra rằng amoniac xanh sẽ rẻ hơn nhiên liệu hóa thạch vào năm 2040-2050”, giáo sư nhấn mạnh.
Toàn cảnh tàu container chở hàng tại cảng.
Nhà cung cấp: Nhà xuất bản IOP
Theo nghiên cứu, Úc có nhu cầu đầu tư lớn nhất, với các cụm sản xuất lớn được dự đoán ở Chile, California, Tây Bắc Phi và phía nam Bán đảo Ả Rập.
Ngoài khoản đầu tư đáng kể cần thiết để chuyển sang sử dụng amoniac, Bañares-Alcántara, người có nhóm nghiên cứu OXGATE phát triển các mô hình kinh tế-kỹ thuật về amoniac xanh và hydro xanh để xác định địa điểm và cách thức sản xuất chúng với chi phí tối thiểu, còn chỉ ra một trở ngại khác – đó là độc tính.
“Đây là điều cần phải xem xét nghiêm túc, nhưng amoniac đã là hóa chất được sản xuất nhiều thứ hai trên thế giới (do sử dụng làm phân bón), và do đó, khoảng 180 triệu tấn amoniac đang được sản xuất trên toàn cầu và một lượng đáng kể được chuyển từ các nhà máy sản xuất. đến nơi nó được tiêu thụ,” Bañares-Alcántara giải thích. “Tóm lại, ngành công nghiệp và các chính phủ biết cách xử lý amoniac như một loại hóa chất.”
Đưa amoniac xanh vào lĩnh vực vận tải biển
Bañares-Alcántara gợi ý rằng chỉ cung cấp amoniac xanh tại 10 cảng khu vực trên 10 khu vực khác nhau hoặc tại 100 cảng trên toàn cầu có thể đáp ứng hơn 60% nhu cầu nhiên liệu vận chuyển toàn cầu.
Nhà khoa học cho biết: “Đây vẫn là một số lượng nhỏ cảng sẽ phải chuyển đổi sang amoniac xanh vì chúng tôi đang xem xét 1.360 cảng trên toàn cầu”. “Ước tính này xuất phát từ việc tối ưu hóa trong đó các cảng được xếp hạng về mức tiêu thụ nhiên liệu.
và các cảng tiêu thụ nhiên liệu lớn nhất được quy đổi theo thứ tự xếp hạng.Hiệu ứng sẽ tăng dần.”
Tuy nhiên, do mật độ năng lượng của amoniac xanh giảm, tàu có thể cần phải áp dụng tốc độ chậm hơn để giảm lực cản, phân bổ nhiều không gian hơn cho thùng nhiên liệu (do đó làm giảm sức chứa hàng hóa) hoặc dừng thường xuyên hơn để tiếp nhiên liệu, dẫn đến thời gian đến lâu hơn. .
Bañares-Alcántara cho biết: “May mắn thay, không có tác động nào trong số này là nghiêm trọng hoặc không thể khắc phục được và chúng sẽ chỉ làm tăng chi phí vận chuyển lên một phần rất nhỏ”. “Vận chuyển là một trong những lĩnh vực thách thức nhất trong việc khử cacbon vì nhu cầu nhiên liệu có mật độ năng lượng cao và khó khăn trong việc điều phối các nhóm khác nhau để sản xuất, sử dụng và cấp vốn cho nguồn cung cấp nhiên liệu thay thế (xanh).”
Để hướng dẫn các nhà đầu tư, nhóm đã phát triển một khung mô hình nhằm đưa ra các kịch bản khả thi nhằm thiết lập chuỗi cung ứng nhiên liệu amoniac xanh trên toàn thế giới.
Khung này tích hợp mô hình nhu cầu nhiên liệu, các kịch bản thương mại tiềm năng và mô hình tối ưu hóa không gian để sản xuất, lưu trữ và vận chuyển amoniac xanh. Nó nhằm mục đích xác định các địa điểm tối ưu để đáp ứng nhu cầu nhiên liệu vận chuyển trong tương lai.
Bañares-Alcántara cho biết: “Ý nghĩa của công việc này rất đáng chú ý. “Theo mô hình đề xuất, sự phụ thuộc hiện tại vào các quốc gia sản xuất dầu mỏ sẽ được thay thế bằng một ngành công nghiệp mang tính khu vực hóa hơn; amoniac xanh sẽ được sản xuất gần xích đạo ở các quốc gia có nhiều đất đai và tiềm năng năng lượng mặt trời cao, sau đó được vận chuyển đến các trung tâm khu vực có nhu cầu nhiên liệu vận chuyển.”
Một quan điểm khác
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển cảnh báo về những rủi ro khi sử dụng amoniac làm nhiên liệu hàng hải.
Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí chuyên ngành Năng lượng ứng dụng đã cảnh báo rằng hiện tượng phú dưỡng và axit hóa chỉ là một số vấn đề môi trường liên quan đến việc sử dụng amoniac. Ngoài ra, nó còn lưu ý đến vấn đề phát thải oxit nitơ, một loại khí nhà kính mạnh, là một mối lo ngại khác.
Selma Brynolf, Tiến sĩ, nhà nghiên cứu công nghệ hàng hải và đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Mặc dù amoniac không chứa carbon nhưng quá trình đốt cháy của nó trong động cơ không tránh khỏi phát thải khí nhà kính”. “Các cuộc thử nghiệm động cơ đã cho thấy mức độ phát thải khí cười khác nhau, đây là một loại khí nhà kính rất mạnh với tác động làm nóng lên toàn cầu gấp 200 lần so với carbon dioxide.”
Fayas Malik Kanchiralla, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Cơ học và Khoa học Hàng hải tại Chalmers và là tác giả chính của bài báo, cho biết: “Đơn giản là thiếu các phân tích rủi ro sâu hơn về ý nghĩa của việc chuyển sang sử dụng amoniac”.
