Hydro từ Biomass: Bức Tranh Công Nghệ Toàn Cầu
Lê Ngọc Ánh Minh tổng hợp
1. Giới thiệu
Khi thế giới đẩy nhanh tiến trình khử cacbon, hydro nổi lên như một nguồn năng lượng quan trọng. Bên cạnh công nghệ điện phân sử dụng năng lượng tái tạo, khí hóa sinh khối (biomass gasification), đặc biệt là từ gỗ vụn (wood chip), mang lại một hướng đi tiềm năng, có khả năng vận hành liên tục và thậm chí đạt phát thải âm khi kết hợp với công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (BECCS). Khác với gió hoặc mặt trời, sinh khối có thể dự trữ và khai thác ổn định, vừa tạo ra hydro vừa phát điện.
2. Tổng quan công nghệ
Quy trình sản xuất Hydro từ biomass qua khí hóa thường gồm các bước chính:
-
Chuẩn bị nguyên liệu: Gỗ vụn hoặc phế thải nông nghiệp được làm khô và nghiền nhỏ.
-
Khí hóa: Chuyển hóa nhiệt – hóa trong lò tầng sôi hoặc lò nhiệt phân, tạo ra khí tổng hợp (syngas) chứa H₂, CO, CO₂, CH₄.
-
Làm sạch và cải biến khí: Loại bỏ hắc ín, bụi, thực hiện phản ứng chuyển hóa CO để tối đa hóa sản lượng H₂.
-
Tách hydro: Ứng dụng PSA (Pressure Swing Adsorption), màng lọc hoặc tách lạnh để đạt độ tinh khiết dùng cho pin nhiên liệu.
-
Sản phẩm phụ: Biochar, điện năng (qua tua-bin/gas engine), và nhiệt cho sưởi ấm.
Độ tinh khiết hydro thương mại thường đạt 99,9–99,999%, đáp ứng tiêu chuẩn pin nhiên liệu.
Chi phí sản xuất hydro quy đổi (LCOH) dao động khoảng 1,5–6 USD/kg H₂ tùy theo quy mô, chi phí nguyên liệu và công nghệ.
3. Các nhà cung cấp công nghệ chính
Trung Quốc – Haiqi Energy from Waste
-
Công nghệ: Khí hóa sinh khối + màng tách + PSA.
-
Nhà máy tham chiếu: Xử lý khoảng 30.000 tấn biomass/năm, sản xuất điện và hydro.
-
Độ tinh khiết H₂: Tới 99,99%.
-
Ưu điểm: Hệ thống mô-đun, dễ mở rộng, tích hợp với trạm năng lượng phân tán.
Châu Âu – Haffner Energy (Pháp, công nghệ HYNOCA)
-
Công nghệ: Nhiệt phân (thermolysis) → syngas → PSA hydro + sản xuất biochar.
-
Dự án tham chiếu:
-
Marolles: công suất khoảng 15 kg H₂/giờ.
-
CarbonLoop: 225 tấn H₂/năm từ 7.000 t biomass.
-
H₂ Bois: 720 kg/ngày.
-
-
Độ tinh khiết H₂: Chuẩn pin nhiên liệu ≥99,9%.
-
Ưu điểm: Mô-đun, kết hợp tạo tín chỉ carbon từ biochar.
Nhật Bản – IHI Corporation (TIGAR® Gasifier)
-
Công nghệ: Lò khí hóa tầng sôi tuần hoàn bằng hơi nước (TIGAR®).
-
Ứng dụng: Linh hoạt cho than + biomass, phát triển thành sản xuất H₂.
-
Nhà máy tham chiếu: Thử nghiệm tại Indonesia và Nhật Bản, đang hướng đến thương mại hóa hydro.
-
Ưu điểm: Công nghệ tầng sôi quy mô lớn, có thể tích hợp hệ thống tách hydro.
Ấn Độ – Thermax và hợp tác IndianOil – IISc
-
Thermax:
-
Sản xuất nồi hơi, lò khí hóa biomass, hệ thống hydro đồng sản xuất.
-
Thử nghiệm nhà máy 125 tấn biomass/ngày cho hydro.
-
Tham gia sản xuất điện phân SOEC và EPC các dự án hydrogen.
-
-
IndianOil – IISc:
-
Phát triển thí điểm R&D sản xuất hydro từ biomass.
-
Hướng tới mô hình cụm hydro phân tán phục vụ lọc dầu và giao thông.
-
-
Ưu điểm: Chi phí EPC cạnh tranh, nguồn nguyên liệu dồi dào.
4. So sánh tổng quan
| Khu vực | Doanh nghiệp / Công nghệ | Công suất demo | Độ tinh khiết H₂ | Sản phẩm phụ | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|---|
| Trung Quốc | Haiqi Energy | 30.000 t biomass/năm | 99,99% | Điện, biochar | Mô-đun, linh hoạt |
| Châu Âu | Haffner (HYNOCA) | 15 kg/h → 720 kg/ngày | ≥99,9% | Biochar, tín chỉ carbon | Đã triển khai tại Pháp |
| Nhật Bản | IHI (TIGAR®) | Quy mô nhiều MW | ≥99,9% (với PSA) | Syngas, điện | Công nghệ tầng sôi tuần hoàn |
| Ấn Độ | Thermax / IOCL–IISc | 125 t biomass/ngày | ≥99,9% | Điện, nhiệt | EPC mạnh, đang R&D |
5. Cơ hội và thách thức
Cơ hội
-
Hydro âm carbon: Khi kết hợp thu giữ carbon hoặc tận dụng biochar.
-
Năng lượng phân tán: Có thể cung cấp hydro và điện cho khu vực nông thôn hoặc ngoài lưới.
-
Kinh tế tuần hoàn: Tận dụng phụ phẩm nông lâm nghiệp, giảm thiểu rác thải.
Thách thức
-
Chuỗi cung ứng nguyên liệu: Cần nguồn biomass ổn định và bền vững.
-
Làm sạch khí: Vấn đề hắc ín và tạp chất còn là rào cản kỹ thuật.
-
Hiệu quả kinh tế: CAPEX cao ở quy mô nhỏ, cần tối ưu sản phẩm phụ và quy mô để cạnh tranh.
6. Kết luận
Công nghệ khí hóa biomass sản xuất hydro đang ở giai đoạn thương mại hóa ban đầu với nhiều triển vọng. Các doanh nghiệp tại Trung Quốc, Châu Âu, Nhật Bản và Ấn Độ đã đạt độ tinh khiết trên 99,9%, phù hợp cho pin nhiên liệu. Châu Âu đi đầu về mô hình kết hợp tín chỉ carbon, Trung Quốc phát triển hệ thống mô-đun, Nhật Bản có nền tảng công nghệ tầng sôi quy mô lớn, còn Ấn Độ có lợi thế về chi phí và nguồn nguyên liệu.
Trong bối cảnh toàn cầu tìm kiếm giải pháp năng lượng sạch và bền vững, hydro từ biomass không chỉ bổ sung cho hydro xanh từ điện phân mà còn mang lại tiềm năng phát thải âm, góp phần quan trọng vào mục tiêu khử carbon dài hạn.
