Fraunhofer – Hệ thống dựa trên Amoniac hiệu quả cao để cung cấp năng lượng thân thiện với khí hậu

Fraunhofer – Hệ thống dựa trên Amoniac hiệu quả cao để cung cấp năng lượng thân thiện với khí hậu

    Fraunhofer – Hệ thống dựa trên Amoniac hiệu quả cao để cung cấp năng lượng thân thiện với khí hậu

    ammonia systems energy
    Fraunhofer – Các hệ thống dựa trên amoniac hiệu quả cao để cung cấp năng lượng thân thiện với khí hậu.

    Trong tương lai, amoniac có thể đóng vai trò quyết định trong quá trình chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang các giải pháp thay thế thân thiện với khí hậu — miễn là nó được sản xuất từ hydro xanh, chẳng hạn như sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

    Amoniac dễ bảo quản và vận chuyển. Các nhà nghiên cứu tại Viện Fraunhofer về Microengineering và Microsystems IMM đang phát triển các hệ thống dựa trên amoniac để cung cấp năng lượng di động, phi tập trung trong các lĩnh vực cơ sở hạ tầng, giao thông vận tải và công nghiệp. Các dự án nghiên cứu khác nhau sẽ được trình bày lần đầu tiên tại Hannover Messe Preview vào ngày 15 tháng 2 năm 2023.

    Thực hiện quá trình chuyển đổi năng lượng là một thách thức lớn đối với tất cả các lĩnh vực công nghiệp sử dụng lượng lớn nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như vận tải, hậu cần và công nghiệp sản xuất. Hiện nay, nhu cầu năng lượng của các ngành này chủ yếu được đáp ứng bằng nhiên liệu hóa thạch, cần được thay thế bằng điện tái tạo hoặc nhiên liệu tái tạo.

    Các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer IMM ở Mainz đang nghiên cứu việc cung cấp và lưu trữ năng lượng điện di động, phi tập trung từ các nguồn bền vững.

    Tiến sĩ Gunther Kolb, trưởng bộ phận Năng lượng và phó giám đốc viện tại Fraunhofer IMM, giải thích:

    Một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch là nhiên liệu power-to-X, được tổng hợp từ hydro dựa trên quá trình điện phân.

    “Nhiên liệu power-to-X quan trọng nhất hiện nay chính là hydro. Tuy nhiên, trước khi hydro có thể được sử dụng rộng rãi như một nguồn năng lượng, vẫn còn một số rào cản đáng kể cần phải vượt qua về mặt vận chuyển và lưu trữ. Chúng bao gồm các yêu cầu về không gian cao để lưu trữ hoặc các điều kiện không thuận lợi về mặt năng lượng khác. Amoniac (NH3) có thể trở thành một giải pháp thay thế cho phép lưu trữ và vận chuyển lượng hydro cần thiết một cách dễ dàng.”

    Ưu điểm của amoniac so với hydro

    Cho đến nay, amoniac chủ yếu được biết đến như một nguồn nguyên liệu cho phân bón nông nghiệp. Tuy nhiên, nó cũng là chất mang năng lượng chất lượng cao, đặc biệt là phương tiện lưu trữ hydro. “Bởi vì amoniac có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ vừa phải -33 °C, hàm lượng hydro thể tích của nó cao hơn đáng kể so với hydro nén ở 700 bar.

    So với hydro, amoniac hóa lỏng giúp vận chuyển khối lượng lớn đến bất cứ nơi nào cần thiết dễ dàng hơn. Vì hydro được sản xuất từ amoniac không chứa bất kỳ oxit cacbon hay khí mê-tan nào nên nó cũng không có khí nhà kính,” Kolb giải thích.

    Khí crackinh xanh làm nhiên liệu khí trong sản xuất gạch

    Việc chuyển đổi hydro thành amoniac là một lựa chọn khả thi để sử dụng nó làm nguồn năng lượng tại chỗ cho các quy trình công nghiệp trên quy mô lớn cũng như trên cơ sở phi tập trung trong lĩnh vực hậu cần. Tuy nhiên, amoniac không thích hợp lắm để tạo ra năng lượng thông qua quá trình đốt cháy vì nó hầu như không cháy trong không khí.

    “Trong lò phản ứng cracking, amoniac có thể được phân tách thành nitơ và hydro khi sử dụng các chất xúc tác phù hợp. Kolb cho biết hỗn hợp amoniac, hydro và nitơ phù hợp cho quá trình đốt cháy đồng nhất và có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng, được gọi là 'Spaltgas'.

    Là một phần của dự án Spaltgas, các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer IMM và các đối tác dự án của họ đang phát triển công nghệ đốt cháy hỗn hợp khí này sẽ được sử dụng trong quy trình nung gạch. Bằng cách này, amoniac từ hydro được sản xuất thông qua quá trình điện phân có thể được sử dụng để làm cho toàn bộ chuỗi quy trình sản xuất gạch không có carbon dioxide. Dự án Spaltgas được tài trợ bởi Bộ Giáo dục và Nghiên cứu Liên bang Đức (BMBF) như một phần của chương trình “KlimPro-Industrie”.

    Amoniac như một nguồn hydro cho các ổ pin nhiên liệu

    Amoniac cũng có thể được sử dụng để cung cấp hydro cho các phương tiện trên bộ. Nó có thể được chuyển đổi thành hydro ngay tại trạm nạp bằng cách sử dụng các nhà máy phi tập trung. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu vận chuyển hydro nén và hóa lỏng — một quy trình tốn kém và phức tạp. Để đạt được mục tiêu này, Fraunhofer IMM đang phát triển một lò phản ứng cracking dựa trên công nghệ chất xúc tác cải tiến và công nghệ lò phản ứng cấu trúc vi mô.

    Trong lò phản ứng này, hydro tinh khiết được sản xuất từ amoniac thông qua quá trình crackinh và tinh chế sau đó, sau đó được bơm vào pin nhiên liệu PEM. Do đó, hydro để sử dụng trong các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu có thể được sản xuất bền vững từ amoniac ngay tại trạm nạp.

    “Bằng cách sử dụng khí thải của quá trình hấp phụ xoay áp suất (PSA được áp dụng để tinh chế hydro) làm nguồn năng lượng cho quá trình nứt, chúng tôi có thể đạt được hiệu suất 90% so với 70% đạt được khi áp dụng các công nghệ thông thường. . Ngoài ra, lò phản ứng AMMONPAKTOR của chúng tôi nhỏ gọn hơn nhiều so với các lò phản ứng thông thường, nghĩa là chúng tôi đã giảm được 90% kích thước.”

    “Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng di động và bị giới hạn về không gian. Cuối cùng 

    công nghệ của chúng tôi có lượng khí thải carbon thấp hơn so với các khái niệm lò phản ứng được làm nóng bằng điện vì chúng tôi sử dụng khí thải từ quá trình nứt để tạo ra năng lượng cần thiết và không có nguồn nào khác,” Kolb giải thích.

    Lò phản ứng AMMONPAKTOR của Fraunhofer IMM, được tài trợ bởi Bang Rhineland-Palatinate bằng quỹ ERDF (Quỹ Phát triển Khu vực Châu Âu), cũng là lò phản ứng hiệu quả nhất trên quy mô quốc tế. Ngay cả ở thế hệ đầu tiên, lò phản ứng cracking đã đạt được tốc độ sản xuất hydro cụ thể cao thứ hai từng được công bố nhờ công nghệ độc đáo của Fraunhofer IMM.

    Lò phản ứng cracking thế hệ thứ hai, hiện đang trong quá trình sản xuất và có công suất 25 kg/giờ amoniac, sản xuất 70 kg hydro tinh khiết mỗi ngày. Nó sẽ được trưng bày tại Hannover Messe 2023.

    Ngoài việc cung cấp hydro cho các phương tiện trên bộ, amoniac còn được quan tâm cho các hệ thống đẩy hàng hải vì trong lĩnh vực này, không thể đạt được mục tiêu giảm CO2 bằng cách sử dụng nhiên liệu thông thường và có rất nhiều ứng dụng không thể sử dụng hydro nén hoặc hóa lỏng như một sự thay thế.

    Tương tự như với lò phản ứng Spaltgas, amoniac bị nứt một phần có thể được đốt cháy trong động cơ (tàu). Hơn nữa, là một phần của dự án ShipFC, Fraunhofer IMM đang hợp tác với 13 đối tác thuộc tập đoàn châu Âu để phát triển hệ thống pin nhiên liệu dựa trên amoniac đầu tiên trên thế giới cho các ứng dụng hàng hải.

    Tại Hannover Messe Preview vào ngày 15 tháng 2 năm 2023, Fraunhofer IMM sẽ cung cấp cho các chuyên gia thương mại cái nhìn sâu sắc về các dự án Spaltgas và AMMONPAKTOR. Tại Hannover Messe từ ngày 17 đến ngày 21 tháng 4 năm 2023, nguyên mẫu lò phản ứng AMMONPAKTOR sẽ được trưng bày tại gian hàng Fraunhofer chung ở Sảnh 16, Gian hàng A12.

    Zalo
    Hotline