Biến carbon thu được thành khí đốt tự nhiên có thể cung cấp kho lưu trữ năng lượng có giá thành cạnh tranh
Ashley Piccone, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore
Thu hồi và chuyển đổi carbon dioxide phản ứng có thể được sử dụng để sản xuất khí đốt tự nhiên tái tạo tổng hợp — kho lưu trữ năng lượng có thể được tận dụng với cơ sở hạ tầng hiện có. Tín dụng: Alvina Aui
Năng lượng mặt trời và gió rất thay đổi, phụ thuộc vào ngày, thời tiết và vị trí của các cơ sở. Đôi khi, chúng có thể tạo ra nhiều điện hơn mức cần thiết, nhưng chúng cũng có thể không đủ khi nhu cầu đạt đỉnh. Thật không may, bất kỳ năng lượng bổ sung nào được tạo ra từ các nguồn này thường bị lãng phí, vì có rất ít phương pháp lưu trữ năng lượng đó một cách đầy đủ trong thời gian dài. Để cải thiện an ninh năng lượng tại Hoa Kỳ, quốc gia này cần cả nguồn năng lượng và những cách mới để lưu trữ và phân phối năng lượng.
Trong một nghiên cứu mới, được công bố trên Cell Reports Sustainability, các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã khám phá cách sử dụng quy trình thu giữ và chuyển đổi carbon dioxide phản ứng (RCC) để sản xuất khí thiên nhiên tái tạo tổng hợp—một dạng hóa chất lưu trữ năng lượng dài hạn.
"Thay vì lấy carbon từ dưới lòng đất, RCC cho phép sử dụng carbon trên mặt đất làm nguồn tài nguyên", nhà khoa học và tác giả chính của LLNL Alvina Aui cho biết. "Khi được sử dụng làm phương án lưu trữ năng lượng, khí thiên nhiên tái tạo tổng hợp có thể làm giảm tình trạng mất ổn định lưới điện do tính không liên tục của các nguồn năng lượng như gió và mặt trời".
Quy trình RCC được đề xuất tích hợp thu giữ và chuyển đổi carbon thành một nền tảng bằng cách sử dụng vật liệu có chức năng kép. Khi làm như vậy, nó loại bỏ nhu cầu tinh chế carbon dioxide tốn nhiều năng lượng, một bước trung gian thông thường.
"Vật liệu chức năng kép này đặc biệt ở chỗ nó chứa cả các thành phần hóa học cần thiết để thực hiện thu giữ và chuyển đổi carbon dioxide", nhà khoa học Simon Pang của LLNL, tác giả liên hệ và là nhà nghiên cứu chính của dự án cho biết. "Carbon dioxide được thu giữ trong vật liệu và sau đó được chuyển đổi trước khi có thể giải phóng. Điều này khác với quy trình thông thường, tách biệt, trong đó bạn sẽ sử dụng hai vật liệu khác nhau với các chức năng đơn lẻ".
Ở giai đoạn chuyển đổi thứ hai của quy trình đó, năng lượng mặt trời và gió dư thừa sẽ được sử dụng. Điện từ các nguồn đó có thể được sử dụng để phân tách nước thành hydro và oxy. Carbon dioxide thu được sẽ phản ứng với hydro để tạo ra mêtan, một thành phần chính của khí tự nhiên tổng hợp. Mêtan đó có thể được lưu trữ, phân phối và sử dụng theo cùng một cách và với cùng cơ sở hạ tầng hiện có như khí tự nhiên thông thường.
Ấn phẩm này đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế của quy trình RCC và cung cấp các mục tiêu hiệu suất quan trọng mà vật liệu chức năng kép cần đạt được để có khả năng cạnh tranh. Ấn phẩm cũng đề xuất các cách để giảm chi phí và cải thiện hiệu quả của quy trình.
"Chúng tôi đã hợp tác chặt chẽ với nhóm thử nghiệm của mình để có được hiểu biết chi tiết về hóa học cơ bản và hành vi vật liệu để cho phép lập mô hình", Aui cho biết. "Phương pháp tiếp cận tích hợp của chúng tôi cho phép chúng tôi đưa ra đánh giá thực tế và khách quan về tiềm năng và hạn chế của RCC".
Trong nhiều trường hợp, nhóm phát hiện ra rằng quy trình RCC ít tốn kém hơn các giải pháp lưu trữ năng lượng dài hạn quy mô tiện ích khác và có thể di chuyển và điều phối được vì sản phẩm khí đốt tự nhiên có thể dễ dàng được vận chuyển bằng đường ống hiện có.
Trong nỗ lực song song, các nhóm thử nghiệm tại LLNL đang nỗ lực phát triển vật liệu chức năng kép, thực hiện quy trình RCC được đề xuất trong phòng thí nghiệm và hợp tác với ngành công nghiệp để mở rộng quy mô công nghệ.
Thông tin thêm: Alvina Aui và cộng sự, Phân tích kinh tế kỹ thuật so sánh về sản xuất khí đốt tự nhiên tái tạo tổng hợp thông qua thu giữ và chuyển đổi CO2 phản ứng, Cell Reports Sustainability (2025). DOI: 10.1016/j.crsus.2025.100408
Được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore
