Các nhà nghiên cứu tiến một bước gần hơn đến việc biến amoniac xanh thành hiện thực
của Đại học Western Sydney
Trừu tượng đồ họa. Tín dụng: Chất xúc tác ứng dụng B: Môi trường (2023). DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.123426
Việc sản xuất amoniac để làm phân bón – một trong những quy trình thải ra lượng khí thải carbon lớn nhất trong số các quy trình công nghiệp – có thể sớm được thực hiện ở các trang trại sử dụng công nghệ chi phí thấp, năng lượng thấp và thân thiện với môi trường. Các nhà nghiên cứu tại UNSW Sydney và các cộng tác viên của họ đã phát triển một kỹ thuật cải tiến để sản xuất amoniac bền vững trên quy mô lớn.
Cho đến nay, việc sản xuất amoniac dựa vào các quy trình năng lượng cao để lại lượng khí thải carbon khổng lồ trên toàn cầu—nhiệt độ hơn 400 °C và áp suất vượt quá 200 atm, chiếm 2% năng lượng và 1,8% lượng CO2 của thế giới .
Nhưng các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một phương pháp giúp tăng cường đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng, đồng thời làm cho amoniac thân thiện với môi trường trở nên khả thi về mặt kinh tế. Kỹ thuật mới loại bỏ yêu cầu về nhiệt độ cao, áp suất cao và cơ sở hạ tầng rộng khắp trong sản xuất amoniac.
Trong một bài báo xuất bản gần đây trên tạp chí Ứng dụng xúc tác B: Môi trường, các tác giả cho thấy rằng quy trình họ phát triển đã cho phép tổng hợp amoniac xanh trên quy mô lớn bằng cách tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và tốc độ sản xuất.
Nền tảng của nghiên cứu này, trước đây được xuất bản bởi cùng một nhóm nghiên cứu, đã được cấp phép cho một đối tác công nghiệp của Úc, PlasmaLeap Technologies, thông qua chương trình Trao đổi Kiến thức của UNSW. Nó dự kiến sẽ được áp dụng vào ngành nông nghiệp Úc, với nguyên mẫu đã được mở rộng quy mô và sẵn sàng triển khai.
Nghiên cứu mới nhất tiếp nối nghiên cứu chứng minh khái niệm được thực hiện bởi cùng một nhóm nghiên cứu của UNSW ba năm trước với những tiến bộ đáng kể về hiệu quả sử dụng năng lượng và tốc độ sản xuất trong quy trình, nhờ đó cải thiện lợi nhuận thương mại.
Nghiên cứu này cũng mang đến cơ hội sử dụng amoniac xanh trong thị trường vận chuyển hydro, vì amoniac lỏng (NH3) có thể lưu trữ nhiều hydro hơn trong một không gian nhỏ hơn so với hydro hóa lỏng (H2), giúp việc vận chuyển năng lượng hydro tiết kiệm hơn.
Mục tiêu ròng bằng không
Mặc dù quy trình thông thường được sử dụng để sản xuất amoniac tiêu tốn nhiều năng lượng—phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch làm năng lượng chính và nguồn hydro—nhưng quy trình này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất cây trồng và duy trì dân số toàn cầu ngày càng tăng.
Tiến sĩ Ali Jalili, người đứng đầu nghiên cứu và là cựu thành viên DECRA của Hội đồng nghiên cứu Úc tại UNSW, cho biết việc áp dụng phương pháp tiếp cận bền vững để sản xuất amoniac là rất quan trọng cho các mục tiêu không có ròng trên toàn cầu.
"Hiện tại, phương pháp sản xuất amoniac truyền thống—được gọi là quy trình Haber-Bosch—tạo ra 2,4 tấn CO2/tấn amoniac, tương đương với khoảng 2% lượng khí thải carbon toàn cầu. Ngoài ra, Haber-Bosch chỉ có hiệu quả kinh tế ở quy mô lớn. -các cơ sở quy mô và tập trung. Do đó, việc vận chuyển từ các cơ sở này đến các trang trại sẽ làm tăng lượng khí thải CO2 lên 50%," ông nói.
"Phân bón gốc amoniac đang bị thiếu hụt nghiêm trọng do sự gián đoạn chuỗi cung ứng quốc tế và các vấn đề địa chính trị, ảnh hưởng đến an ninh lương thực và chi phí sản xuất của chúng ta.
"Điều này, cùng với tiềm năng lưu trữ và vận chuyển năng lượng hydro, khiến amoniac trở thành chìa khóa cho các sáng kiến năng lượng tái tạo của Úc, đưa quốc gia này trở thành quốc gia dẫn đầu về xuất khẩu và sử dụng năng lượng tái tạo."
Cùng với việc giải quyết các thách thức kinh tế và hậu cần liên quan đến các nguồn năng lượng không ổn định cho các thành phố hoặc trang trại, Tiến sĩ Jalili cho biết để phát huy hết tiềm năng của nó, “điều cần thiết là phải thiết lập một phương pháp sản xuất phi tập trung và tiết kiệm năng lượng để có thể sử dụng hiệu quả lượng điện tái tạo dư thừa. "
