ATCO và UBC hợp tác trong một dự án thí điểm nhằm khám phá tiềm năng đầy hứa hẹn của nhiệt phân metan để sản xuất hydro sạch, phi tập trung.
Hydro là một thành phần quan trọng trong nỗ lực hướng tới một tương lai không khí thải của Canada. Sức hấp dẫn của nó chủ yếu nằm ở tính linh hoạt và tính chất đốt sạch. Tuy nhiên, việc sử dụng hydro làm nhiên liệu phát thải thấp trên quy mô lớn cũng có những thách thức. Hầu hết hydro hiện được sản xuất bằng quy trình gọi là cải cách khí metan (SMR). SMR thải ra một lượng lớn CO 2 và tiêu thụ một lượng lớn nước và năng lượng trong quá trình sản xuất. Thu giữ carbon có thể làm giảm lượng khí thải nhưng nó cũng sẽ làm tăng giá hydro và nó không hiệu quả 100%. Điện phân nước là một phương pháp phổ biến khác nhưng tốn kém và thậm chí có thể thải ra nhiều khí nhà kính hơn SMR nếu điện được sử dụng là từ các nguồn không thể tái tạo.
Nhập nhiệt phân metan. Nó có thể sản xuất hydro từ khí tự nhiên với lượng khí thải thấp và chỉ có một sản phẩm phụ là carbon rắn, một mặt hàng công nghiệp dễ sử dụng. Hơn nữa, cải tiến quy trình cũng sẽ mở ra cơ hội thuận lợi cho việc sản xuất hydro phi tập trung.
Một dự án thí điểm chung đang được tiến hành để chứng minh khái niệm này và mở đường cho tiềm năng sản xuất quy mô lớn, đặc biệt là ở những nơi có nguồn khí đốt tự nhiên dồi dào và tương đối rẻ. Nhà phân phối khí đốt ATCO Gas and Pipelines có trụ sở tại Alberta đang hợp tác với một nhóm nghiên cứu từ UBC có tên là MéridaLabs để xây dựng một nhà máy thí điểm nhiệt phân mêtan. Dự án đang diễn ra tại địa điểm Fort Saskatchewan của ATCO ở Alberta và là một thỏa thuận cùng có lợi sẽ giúp nâng cao kiến thức trong ngành về tiềm năng rất hứa hẹn của nhiệt phân metan để sản xuất hydro phi tập trung.
Phòng thí nghiệm UBC/Mérida đang hợp tác với ATCO Gas and Pipelines để thử nghiệm phương pháp này như một phương tiện tạo ra hydro và carbon rắn hiệu quả hơn và với chi phí thấp hơn để sử dụng hoặc bán để sản xuất vật liệu công nghiệp. Các đối tác tài trợ cho dự án bao gồm Alberta Innovates, Natural Resources Canada, NGIF Industry Grants và Mạng lưới đổi mới tài nguyên sạch.
Nhu cầu sẵn có về hydro phát thải thấp, với tiềm năng sản xuất năng lượng phi tập trung, là động lực chính của dự án. Mối quan tâm về môi trường thúc đẩy việc theo đuổi các phương pháp sản xuất như nhiệt phân metan, hiện là một trong những phương pháp thay thế hứa hẹn nhất để sản xuất hydro với lượng khí thải CO2 về mặt lý thuyết là bằng không . Ngoài phản ứng tạo ra hydro và carbon rắn, nguồn năng lượng được chọn sử dụng trong quá trình thu nhiệt này cũng có thể góp phần giảm tác động đến môi trường. Hầu hết các nhà nghiên cứu cho đến nay đều sử dụng các nguồn không thể tái tạo dựa trên việc đốt nhiên liệu hóa thạch hoặc sưởi ấm bằng điện. Mặc dù không phải là một phần của dự án này, ví dụ như năng lượng mặt trời tập trung vẫn chưa được nghiên cứu để nhiệt phân. Tuy nhiên, phương pháp này hứa hẹn sẽ có những cải tiến hơn nữa về tính bền vững trong sản xuất hydro từ phương pháp này.
Về mặt lý thuyết, quá trình này khá đơn giản. Nhiệt phân được định nghĩa là sự phân hủy khí tự nhiên ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có oxy. Đó là sự khác biệt so với các phương pháp sản xuất hydro truyền thống.
Đây là cách nó hoạt động. Khí tự nhiên chảy từ đường ống đến một thiết bị trong nhà máy được gọi là Lò phản ứng nhiệt phân. Kim loại nóng chảy được làm mát di chuyển từ lò phản ứng đến Bể tuần hoàn được làm nóng bằng lò đốt khí tự nhiên hoặc lò sưởi điện, trước khi trở lại dưới dạng kim loại nóng chảy. Từ đó, hydro, carbon rắn và khí tự nhiên chưa phản ứng được đưa đến Bộ làm mát khí sản phẩm, nơi nó di chuyển đến Silo lưu trữ carbon rắn và Bộ lọc bụi. Hỗn hợp khí tự nhiên và hydro tiếp tục di chuyển, nơi chúng sẽ được đốt nhằm mục đích thử nghiệm. Carbon rắn được cung cấp tại Bể chứa và Bộ lọc bụi.
Quy trình độc quyền có thể mang lại nhiều lợi ích và tác động tích cực, đặc biệt khi so sánh với các phương pháp sản xuất hydro truyền thống. Để sản xuất 1 kg hydro thông qua quá trình nhiệt phân metan, chỉ cần 4 kg metan và 0,042 GJ nhiệt của quá trình. Cách tiếp cận hợp lý này không chỉ tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mà còn góp phần giảm lượng khí thải CO 2 thấp hơn ít nhất 70% so với SMR mà không thu hồi carbon. Nhiệt phân metan không tiêu tốn nước; nó làm giảm tác động đến môi trường thông qua sản xuất hydro phát thải thấp do sản phẩm phản ứng không thải ra CO 2 ; và nó tạo ra carbon rắn, có thể được sử dụng trong vô số ứng dụng khác như sản xuất lốp xe, xây dựng, trải nhựa đường và làm thành phần của điện cực pin.
Những bài học từ dự án thí điểm sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về cách các dự án tương tự khác có thể được thực hiện thành công tại các trạm xăng tự nhiên trong tương lai gần. Sản xuất hydro phi tập trung có thể được đặt cùng với các trạm khí đốt tự nhiên hiện có, cho phép hydro được bơm vào mạng lưới phân phối hiện có, từ đó cải thiện khả năng tiếp cận các nguồn nhiên liệu phát thải thấp.
UBC là đối tác lý tưởng cho dự án. Tiến sĩ Walter Mérida, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại khoa khoa học ứng dụng của UBC, cho biết: “UBC là công ty hàng đầu thế giới trong việc phát triển các hệ thống năng lượng hydro tích hợp. “Thật thú vị khi áp dụng sự đổi mới này vượt ra ngoài biên giới tỉnh bang của chúng tôi, mở rộng một cách hiệu quả phương pháp tiếp cận 'khuôn viên như một phòng thí nghiệm sống' của UBC ở miền tây Canada và có khả năng vượt ra ngoài phạm vi đó.”
Quả thực, nhiệt phân hứa hẹn nhiều hứa hẹn cho tương lai. Mérida cho biết: “Hydro là nhiên liệu không phát thải với nhiều mục đích sử dụng và Canada có vị thế đặc biệt để trở thành quốc gia dẫn đầu toàn cầu trong việc phát triển công nghệ hydro và các mô hình kinh doanh nhằm cung cấp năng lượng cho nền kinh tế ít carbon”.
“ATCO Gas and Pipelines cung cấp khí đốt tự nhiên an toàn và đáng tin cậy cho hơn 1,3 triệu khách hàng ở Alberta mỗi ngày. Chúng tôi nỗ lực hết mình để đảm bảo khách hàng của mình tiếp tục có được nguồn năng lượng họ cần khi chúng tôi hướng tới một tương lai có lượng khí thải thấp hơn.”
Và nó sẽ đảm bảo lợi ích của khí đốt tự nhiên sẽ tiếp tục. “ATCO Gas and Pipelines cung cấp khí đốt tự nhiên an toàn và đáng tin cậy cho hơn 1,3 triệu khách hàng ở Alberta mỗi ngày. Patrick Bain, Giám đốc, Dự án Hydro và Phát triển Công nghệ tại ATCO cho biết: “Nhiên liệu sạch và đáng tin cậy, như hydro, sẽ đóng một vai trò to lớn trong việc hỗ trợ nhu cầu đó cho khách hàng của chúng tôi. Đường ống và khí đốt ATCO đã chứng minh rằng mạng lưới phân phối khí đốt hiện tại có khả năng và sẵn sàng hỗ trợ năng lượng sạch của ngày mai. Nhà máy thí điểm nhiệt phân mêtan này cho thấy một tương lai tiềm năng của việc sản xuất hydro phi tập trung và theo yêu cầu, có thể giúp tiếp cận nhiều khách hàng hơn.”
Đóng góp của nó cho một tương lai sạch sẽ đã được hoàn thành, nhà máy sẽ ngừng hoạt động khi kết thúc dự án vào quý 4 năm 2024.
Graham Chandler đã dành một thập kỷ trong lĩnh vực quản lý tiếp thị và tài chính doanh nghiệp năng lượng. Là một nhà văn tự do toàn thời gian, ông chuyên về các chủ đề năng lượng trong 20 năm qua.
