Các nhà nghiên cứu của Skoltech đã tìm ra cách sản xuất hydro từ khí thiên nhiên với hiệu suất 45% ngay tại mỏ khí bằng cách phun hơi nước và chất xúc tác vào giếng và thêm oxy để đốt cháy khí. Quá trình đốt cháy có sự hỗ trợ của chất xúc tác tạo ra hỗn hợp carbon monoxide và hydro, từ đó có thể dễ dàng chiết xuất hydro. Công nghệ này sẽ giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng hydro sạch. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Fuel .
Khoảng 80% năng lượng đến từ nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như dầu và khí đốt tự nhiên, thải ra carbon dioxide khi đốt, đe dọa môi trường và góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Mặc dù khí đốt được coi là "sạch" hơn dầu với nhiều chất độc hại, nhưng nó vẫn thải ra carbon dioxide khi đốt, khiến khí đốt trở thành mối đe dọa đối với môi trường.
Hydro, thứ không thải ra gì ngoài hơi nước, có thể là một giải pháp thay thế lành mạnh hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi nguồn năng lượng "xanh" này đang bị cản trở bởi những khó khăn trong sản xuất.
Lần đầu tiên, một nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo ở Moscow đã đề xuất khai thác hydro từ các mỏ khí đốt tự nhiên, nơi giàu hydrocarbon có chứa một lượng lớn hydro ở cấp độ phân tử. Điều này có nghĩa là hydrocarbon, một khi được chuyển đổi, có thể tạo ra một lượng lớn nhiên liệu "xanh".
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất một quy trình hiệu quả, nhiều bước để sản xuất hydro từ các mỏ khí. Đầu tiên, hơi nước được đưa vào giếng cùng với chất xúc tác sau đó sẽ giúp tách hydro khỏi các thành phần khí tự nhiên. Sau đó, không khí hoặc oxy nguyên chất được bơm vào để đốt cháy khí trực tiếp trong bể chứa.
Được hỗ trợ bởi hơi nước và chất xúc tác, khí đốt tự nhiên cháy và được chuyển đổi thành hỗn hợp carbon monoxide và hydro. Carbon dioxide hình thành từ carbon monoxide vẫn nằm trong bể chứa và không góp phần vào hiệu ứng nhà kính.
Ở giai đoạn cuối, hydro được chiết xuất từ giếng thông qua một màng ngăn chặn các sản phẩm đốt cháy khác, khiến carbon monoxide và carbon dioxide bị giữ lại vĩnh viễn dưới lòng đất.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm quy trình của họ trong các lò phản ứng trong phòng thí nghiệm mô phỏng môi trường bể chứa khí thực. Họ đặt đá nghiền vào lò phản ứng rồi bơm khí mê-tan, thành phần chính của khí thiên nhiên, cùng với hơi nước và chất xúc tác, rồi đến oxy. Áp suất bên trong lò phản ứng được duy trì ở mức điển hình của bể chứa khí (cao hơn áp suất khí quyển tám mươi lần).
Khi thí nghiệm tiến triển, nhóm đã phân tích thành phần khí trong lò phản ứng để đánh giá hiệu quả chuyển đổi khí mê-tan thành hydro. Hóa ra, hầu hết hydro -45% tổng thể tích khí—được hình thành ở 800°C với lượng hơi nước lớn được đưa vào lò phản ứng.
Để phản ứng đạt hiệu quả cao nhất có thể, cần phải có lượng hơi nước nhiều gấp bốn lần so với khí tự nhiên. Các nhà nghiên cứu đã chọn nhiệt độ 800°C vì nhiệt độ này dễ dàng đạt được trong quá trình đốt cháy khí tự nhiên và không cần phải duy trì nhân tạo.
Năng suất hydro cũng phụ thuộc vào thành phần của đá. Ví dụ, trong các thí nghiệm với alumina xốp, năng suất hydro đạt 55%. Hiệu suất cao hơn trong trường hợp này được giải thích bởi thực tế là alumina trơ, tức là nó không phản ứng với các nguyên tố xung quanh. Đá tự nhiên chứa các khoáng chất khác hoạt động mạnh hơn có thể phản ứng với các thành phần của hỗn hợp khí và ảnh hưởng đến năng suất hydro.
"Tất cả các giai đoạn của quy trình đều dựa trên các công nghệ đã được thiết lập tốt mà trước đây chưa được áp dụng để sản xuất hydro từ các bể chứa khí thực. Chúng tôi đã chứng minh rằng phương pháp của chúng tôi có thể giúp chuyển đổi hydrocarbon thành nhiên liệu 'xanh' trong môi trường thực tế với hiệu suất lên tới 45%. Trong tương lai, chúng tôi có kế hoạch thử nghiệm phương pháp của mình trong các mỏ khí thực tế", Elena Mukhina, Tiến sĩ, nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Skoltech Petroleum và là người đứng đầu dự án cho biết.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
