Các nhà nghiên cứu FAU phát triển quy trình sản xuất methanol phi tập trung từ sinh khối

Erlangen, Đức – Nhóm nghiên cứu tại Đại học Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vừa công bố một phương pháp đột phá cho phép sản xuất methanol trực tiếp từ sinh khối thô mà không cần các bước sấy khô, nghiền nhỏ tốn nhiều năng lượng hay vận chuyển đường dài đến các nhà máy khí hóa tập trung.

Nghiên cứu do TS. Patrick Schühle thuộc Bộ môn Kỹ thuật Phản ứng Hóa học, FAU, dẫn dắt và đã được công bố trên tạp chí Green Chemistry. Phát hiện này mở ra triển vọng sản xuất methanol thân thiện với khí hậu, chi phí thấp và quy mô linh hoạt hơn.

Giải quyết các thách thức trong chuyển đổi sinh khối

Methanol là một trong những hóa chất nền tảng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và ngày càng được quan tâm như một chất mang năng lượng đầy tiềm năng. Nó có thể dùng làm nguyên liệu cho sản xuất nhựa, dung môi, nhiên liệu tổng hợp, và đặc biệt có thể đóng vai trò như nhiên liệu “drop-in” tương thích với hạ tầng xe cộ hiện có.

Hiện nay, phần lớn methanol vẫn được sản xuất từ khí tự nhiên hóa thạch, phương pháp không phù hợp với mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính dài hạn. Các giải pháp dựa trên sinh khối hiện có phải dựa vào quá trình khí hóa ở nhiệt độ và áp suất rất cao, yêu cầu sinh khối phải được ép viên và vận chuyển tới các nhà máy tập trung – làm tăng chi phí và lượng phát thải.

Quy trình mới của nhóm FAU khắc phục hạn chế này khi cho phép sử dụng các nguồn sinh khối thô hoặc phế phụ phẩm nông – lâm nghiệp như bã ép, cỏ, rơm rạ, mùn cưa… dưới điều kiện phản ứng ôn hòa, đạt hiệu suất chuyển đổi carbon tới 80%.

“Quy trình này cho phép sản xuất methanol theo mô hình phân tán, điều mà trước đây khó thực hiện,” TS. Schühle chia sẻ. “Nó có thể mang lại lợi ích kinh tế cho các trang trại lớn, các hợp tác xã nông nghiệp hoặc các đơn vị lâm nghiệp có sẵn nguồn sinh khối.”

Tích hợp hydro và oxy xanh

Một điểm đổi mới quan trọng là tích hợp bộ điện phân ngay trong quy trình để sản xuất hydro và oxy cần thiết cho phản ứng. Bộ điện phân này có thể được vận hành bằng nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời hoặc điện gió tại chỗ.

Nhóm nghiên cứu cũng xem xét tiềm năng kết hợp với hệ thống nông nghiệp – điện mặt trời (agrivoltaics), nơi cùng lúc sản xuất nông sản và điện năng, tạo ra một vòng tuần hoàn năng lượng – hóa chất hoàn chỉnh và bền vững.

Khả năng cạnh tranh về chi phí

Bên cạnh phát triển công nghệ, nhóm FAU cũng tiến hành mô phỏng kinh tế để đánh giá tính khả thi về giá thành. Kết quả cho thấy sản xuất methanol xanh theo quy trình này có thể đạt mức chi phí cạnh tranh với methanol từ nhiên liệu hóa thạch, với điều kiện giá điện tái tạo ở mức hợp lý.

“Điều này đồng nghĩa với việc quy trình có thể đóng góp đáng kể cho mục tiêu khử carbon trong công nghiệp xét cả về mặt kinh tế,” TS. Schühle nhận định.

Mô hình các nhà máy quy mô nhỏ, phân tán cũng giúp giảm chi phí logistics và tăng khả năng chống chịu trước các gián đoạn chuỗi cung ứng – điều ngày càng quan trọng trong quá trình chuyển dịch năng lượng.

Hợp tác với doanh nghiệp

Để tăng tính ứng dụng thực tiễn, nhóm nghiên cứu FAU đã hợp tác với OxFA GmbH, một doanh nghiệp tại Bamberg nổi tiếng toàn cầu về công nghệ chuyển đổi sinh khối thành axit formic. Sự hợp tác này giúp dự án tận dụng được kinh nghiệm thực tế về thiết kế xúc tác, kỹ thuật quy trình và xử lý sinh khối.

Ý nghĩa đối với tương lai

Nếu được thương mại hóa thành công, sáng kiến này có thể trở thành một giải pháp quan trọng cho ngành công nghiệp hóa chất xanh của châu Âu, góp phần giảm phụ thuộc vào khí đốt nhập khẩu và hiện thực hóa mục tiêu trung hòa carbon. Mô hình phân tán còn mang lại cơ hội gia tăng giá trị cho nông dân và cộng đồng nông thôn thông qua việc tận dụng phụ phẩm tại chỗ.

Khi nhu cầu methanol toàn cầu dự báo sẽ tiếp tục tăng – đặc biệt trong lĩnh vực nhiên liệu hàng hải và sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) – các con đường sản xuất methanol phát thải thấp sẽ trở nên then chốt. Công trình của FAU cho thấy các giải pháp dựa trên sinh khối và quy mô nhỏ không chỉ khả thi về mặt kỹ thuật mà còn bền vững về kinh tế.