[Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại
https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos
Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]
Cung cấp năng lượng cho tàu bằng hydro từ metanol
Phần trên cùng của đồ họa cho thấy sản xuất metanol trên bờ. Phần dưới cùng cho thấy cách hydro cho động cơ được lấy từ metanol trong lò phản ứng (mũi tên màu xanh lam). Phần carbon dioxide còn lại được lưu trữ trong bể và được tái sử dụng trong quá trình sản xuất methanol trên bờ. Ảnh: Fraunhofer-Gesellschaft
Vận tải biển là một trong những nguồn phát triển nhanh nhất của khí nhà kính, và điều này đang dẫn đầu các nhà đóng tàu và khai thác trong việc tìm kiếm các hệ thống động cơ thay thế thân thiện với môi trường. Các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer đã hợp tác với các đối tác để phát triển khái niệm HyMethShip, trong đó hydro được lấy từ metanol. Công nghệ này không yêu cầu các bình hydro lớn phải được mang lên máy bay, do đó nó an toàn hơn nhiều. Trong tương lai, nó cũng có thể trở thành một giải pháp hấp dẫn cho tàu du lịch.
Theo Cơ quan Môi trường Châu Âu, giao thông hàng hải chiếm hơn 3% tổng lượng khí thải carbon ở Liên minh Châu Âu. Riêng năm 2019, lượng khí thải đã lên tới 144 triệu tấn CO2. Điều này nghe có vẻ không nhiều lắm, nhưng vận tải biển là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính tăng nhanh nhất trong nhiều năm nay do khối lượng thương mại tăng mạnh. Do đó, các nhà đóng tàu và vận hành trên khắp thế giới đang săn lùng các giải pháp thay thế thân thiện với môi trường cho động cơ tàu thông thường chạy bằng nhiên liệu dầu hoặc diesel. Trong bối cảnh này, trọng tâm đang ngày càng chuyển hướng sang hydro xanh như một nguồn năng lượng sạch. Tuy nhiên, việc mang theo các bồn chứa chuyên dụng lớn, nặng chứa hydro có áp suất trên biển luôn tiềm ẩn một số rủi ro nhất định.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ và Hệ thống Gốm Fraunhofer IKTS đã làm việc với các đối tác để phát triển một công nghệ sử dụng hydro làm động cơ đẩy không phát thải và tránh được những nhược điểm này. Dự án HyMethShip do EU tài trợ sử dụng metanol làm chất mang hydro lỏng. Trong khái niệm này, con tàu được tiếp nhiên liệu bằng metanol tại cảng. Trên tàu, hydro được lấy từ metanol thông qua quá trình cải tạo hơi nước và được sử dụng để đẩy tàu. Tiến sĩ Benjamin Jäger từ nhóm Xúc tác và Tổng hợp Vật liệu tại Fraunhofer IKTS.
Đổ đầy metanol, đốt cháy hiđro
Trung tâm kỹ thuật của hệ thống là lò phản ứng. Metanol được trộn với nước, sau đó làm bay hơi bằng cách sử dụng nhiệt và đưa vào lò phản ứng đã được làm nóng trước, nơi hỗn hợp metanol và nước được chuyển thành hydro và CO2. Khi nói đến kỹ thuật tách hydro và lò phản ứng, Fraunhofer IKTS có thể đóng góp nhiều năm kinh nghiệm của mình trong công nghệ xử lý màng. Các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer đã phát triển một màng gốm phủ carbon. Các phân tử hydro thoát ra ngoài qua các lỗ cực nhỏ của màng, trong khi các phân tử khí carbon dioxide lớn hơn được giữ lại. Trong quá trình này, hydro đạt được mức độ tinh khiết hơn 90%. Sau đó, nó được đưa vào động cơ, nó truyền động bằng cách đốt cháy trong một động cơ đốt thông thường - và hoàn toàn không tạo ra khí thải có hại cho khí hậu.
Khái niệm quy trình được sử dụng trong dự án bao gồm hai yếu tố thiết kế khéo léo bổ sung để tối ưu hóa hệ thống. Thứ nhất, nhiệt thải từ động cơ được sử dụng để đốt nóng lò phản ứng, làm tăng đáng kể hiệu suất của hệ thống. Thứ hai, carbon dioxide còn lại được đưa trở lại trạng thái lỏng ở hạ lưu lò phản ứng và được đưa vào các bể chứa methanol rỗng. Khi tàu cập cảng, CO2 được đưa vào các bồn chứa và sau đó có thể được sử dụng cho quá trình tổng hợp metanol tiếp theo.
Các màng tích hợp trong mô-đun cho lò phản ứng tách hydro khỏi carbon dioxide. Ảnh: Fraunhofer-Gesellschaft
"Metanol là chất mang hydro lý tưởng để vận chuyển. Mật độ năng lượng của nó cao gấp đôi so với hydro lỏng, vì vậy các bồn chứa metanol trên tàu chỉ cần có kích thước bằng một nửa. Nó cũng có thể được vận chuyển an toàn. Tiến sĩ Benjamin Jäger, chuyên gia IKTS trong lĩnh vực này cho biết không có rủi ro môi trường nghiêm trọng.
Trong quá trình phát triển, một trong những thách thức kỹ thuật là mở rộng các màng gốm để chúng có thể được sử dụng trong bối cảnh cần có động cơ tàu. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng mở rộng lớp màng từ chiều dài ban đầu chỉ 105 mm đến 500 mm, cho phép động cơ đẩy lên đến 1 MW. Mục tiêu trung hạn là phát triển các hệ thống động lực từ 20 MW trở lên.
Các chuyến đi thân thiện với môi trường trên phà và tàu du lịch
Một hệ thống đẩy không phát thải sẽ lý tưởng cho các chuyến phà chạy các tuyến cố định giữa hai cảng, với mỗi cảng có trạm nạp metanol riêng. Tuy nhiên, công nghệ này cũng có thể là một giải pháp hấp dẫn trong tương lai cho tàu container và tàu du lịch. Hành khách có ý thức về môi trường
sẽ bị thu hút bởi những chuyến du lịch xanh mà không phát thải khí nhà kính và không có phễu lớn giải phóng muội than từ quá trình đốt cháy dầu nhiên liệu vào không khí.
Trong dự án HyMethShip do EU tài trợ, Fraunhofer IKTS đã làm việc với một số đối tác. Trung tâm Năng lực Động cơ Lớn (LEC) ở Graz, Áo, chịu trách nhiệm điều phối chung của dự án, trong khi công ty khởi nghiệp SES-HyDepot e.U. ở Innsbruck đã vận hành cơ sở thử nghiệm quy mô nhỏ để xác nhận quy trình kỹ thuật cơ bản. Christian Mair, Giám đốc điều hành của SES-HyDepot, lạc quan: "Thử nghiệm cho thấy có thể cung cấp hydro trên cơ sở metanol. Nó mang lại triển vọng trong trung hạn cho các con tàu và yêu cầu năng lượng đáng kể của chúng."
Ngành công nghiệp đang bắt đầu chịu áp lực chính trị ngày càng tăng trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng và Thỏa thuận Xanh Châu Âu. Năm 2020, Nghị viện Châu Âu kêu gọi các công ty vận tải biển giảm lượng khí thải đáng kể. Với hệ thống đẩy hydro không phát thải, dự án HyMethShip có thể đóng góp quan trọng trong vấn đề này. Có những ứng dụng tiềm năng trong các ngành công nghiệp khác. Nguyên tắc tạo hydro từ metanol cũng có thể được áp dụng trong một loạt các tình huống trong ngành công nghiệp hóa chất.
