Các nhà nghiên cứu của Skoltech đã tìm ra cách sản xuất hydro từ khí tự nhiên với hiệu suất 45% ngay tại mỏ khí bằng cách bơm 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 được công bố trên tạp chí Nhiên liệu .
Quá trình sản xuất hydro từ các mỏ khí. Tín dụng: Mukhina và cộng sự. / Nhiên liệu, 2024
Khoảng 80% năng lượng đến từ nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như dầu và khí tự nhiên, thải ra carbon dioxide khi đốt cháy, đe dọa môi trường và góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Mặc dù khí được coi là "sạch hơn" dầu vì có nhiều độc tố nhưng nó vẫn thải ra carbon dioxide khi đốt cháy, khiến khí trở thành mối đe dọa cho môi trường.
Hydro, chất 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 chiết xuất hydro từ các bể chứa của các mỏ khí đốt tự nhiên, nơi rất giàu hydrocarbon 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 lượng nhiên liệu “xanh” dồi dào.
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất một quy trình gồm nhiều bước hiệu quả để sản xuất hydro từ các mỏ khí đốt. Đầu tiên, hơi nước được bơm vào giếng cùng với chất xúc tác, sau này 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 bình chứa.
Được hỗ trợ bởi hơi nước và chất xúc tác, khí tự nhiên sẽ cháy và chuyển thành hỗn hợp carbon monoxide và hydro. Carbon dioxide hình thành từ carbon monoxide vẫn còn trong bể chứa và không góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính.
Ở giai đoạn cuối, hydro được chiết ra khỏi giếng thông qua một màng chặn các sản phẩm đốt khác, khiến carbon monoxide và carbon dioxide bị mắc kẹt 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 mêtan, thành phần chính của khí tự nhiên, cùng với hơi nước và chất xúc tác, sau đó là oxy. Áp suất bên trong lò phản ứng được duy trì ở mức điển hình của các bể chứa khí (cao gấp 80 lần áp suất khí quyển).
Khi thí nghiệm tiến triển, nhóm nghiên cứu đã phân tích thành phần khí trong lò phản ứng để đánh giá hiệu quả của quá trình chuyển đổi khí mêtan thành hydro. Hóa ra phần lớn hydro -45% tổng thể tích khí—được hình thành ở nhiệt độ 800°C với một lượng lớn hơi nước được bơm vào lò phản ứng.
Để phản ứng diễn ra hiệu quả nhất có thể, lượng hơi nước cần nhiều gấp 4 lần so với khí tự nhiên. Các nhà nghiên cứu đã chọn nhiệt độ 800°C vì nó có thể dễ dàng đạt được trong quá trình đốt cháy khí tự nhiên và không cần phải duy trì một cách nhân tạo.
Sản lượng hydro cũng phụ thuộc vào thành phần của đá. Ví dụ, trong các thí nghiệm với alumina xốp, hiệu suất hydro đạt 55%. Hiệu suất cao hơn trong trường hợp này được giải thích là do 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 sản lượng 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 điều chỉnh để sản xuất hydro từ các bể chứa khí thực. Chúng tôi đã chứng minh rằng phương pháp tiếp cận của chúng tôi có thể giúp chuyển đổi hydrocarbon thành nhiên liệu 'xanh' trong môi trường thực địa với hiệu quả cao." lên tới 45% trong tương lai, chúng tôi dự định thử nghiệm phương pháp của mình ở các mỏ khí đốt thực sự”, Tiến sĩ Elena Mukhina, nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Skoltech Petroleum và là người đứng đầu dự án cho biết.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
