Khai thác tiềm năng hydro để giải quyết lượng khí thải từ hoạt động vận tải đường dài.
Việc vận chuyển hàng hóa tạo thành nền tảng của chuỗi cung ứng phân phối toàn cầu ngày nay và vận tải đường bộ đường dài là mắt xích trung tâm và quan trọng trong hệ thống phức tạp này. Để đáp ứng các mục tiêu về khí hậu trên toàn thế giới, cần phát triển các giải pháp khử cacbon để thay thế hệ thống truyền động diesel, nhưng với vai trò to lớn và không thể thiếu của vận tải đường bộ, các giải pháp này phải vừa khả thi về mặt kinh tế vừa thực tế để thực hiện.
Trong khi các lựa chọn dựa trên hydro, như một giải pháp thay thế cho động cơ diesel, có tiềm năng trở thành một chiến lược khử cacbon đầy hứa hẹn, thì hydro lại có những hạn chế đáng kể khi vận chuyển và tiếp nhiên liệu.
Những rào cản này, kết hợp với tiềm năng khử cacbon hấp dẫn của hydro, là động lực thúc đẩy một nhóm các nhà nghiên cứu MIT do William H. Green, Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Hoyt Hottel dẫn đầu, khám phá một cách tiết kiệm chi phí để vận chuyển và lưu trữ hydro bằng cách sử dụng chất mang hydro hữu cơ lỏng. (LOHC). Nhóm đang phát triển một công nghệ đột phá cho phép LOHC không chỉ cung cấp hydro cho xe tải mà còn lưu trữ hydro trên xe.
Phát hiện của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí Năng lượng và Nhiên liệu , một tạp chí được bình duyệt của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, trong một bài báo có tựa đề “Quan điểm về việc khử cacbon cho xe tải đường dài bằng cách sử dụng quá trình khử hydro trên tàu của các chất mang hydro hữu cơ lỏng”. Nhóm MIT do Green lãnh đạo và bao gồm các nghiên cứu sinh Sayandeep Biswas và Kariana Moreno Sader. Nghiên cứu của họ được hỗ trợ bởi Hiệp hội Khí hậu và Bền vững MIT (MCSC) thông qua chương trình Giải thưởng Hạt giống và MathWorks, đồng thời liên kết với công việc trong lĩnh vực trọng tâm về Phương thức Giao thông Khó khăn của MCSC.
Cách tiếp cận “trên tàu”
Hiện tại, LOHC hoạt động trong cơ sở hạ tầng phân phối nhiên liệu bán lẻ hiện có, được sử dụng để cung cấp khí hydro đến các trạm tiếp nhiên liệu, sau đó khí này được nén và chuyển lên xe tải được trang bị pin nhiên liệu hydro hoặc động cơ đốt trong.
William H. Green nói:
Phương pháp hiện tại này gây ra tổn thất năng lượng đáng kể do giải phóng và nén hydro thu nhiệt tại trạm bán lẻ.
“Để giải quyết vấn đề này, công việc của chúng tôi là khám phá một ứng dụng hiệu quả hơn, với xe tải chạy bằng động cơ LOHC có tính năng khử hydro trên xe.”
Để thực hiện thiết kế như vậy, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu sửa đổi hệ thống truyền động của xe tải (hệ thống bên trong xe tạo ra năng lượng để đẩy xe về phía trước) để cho phép giải phóng hydro trên xe từ LOHC, sử dụng nhiệt thải từ khí thải động cơ để cung cấp năng lượng cho quá trình “khử hydro”. " quá trình.
Quá trình khử hydro xảy ra trong lò phản ứng nhiệt độ cao, liên tục nhận LOHC giàu hydro từ bể chứa nhiên liệu. Hydro thoát ra từ lò phản ứng được đưa vào động cơ, sau khi đi qua thiết bị phân tách để loại bỏ bất kỳ LOHC nào còn sót lại. Trên đường đi tới động cơ, một phần hydro được chuyển sang đầu đốt để làm nóng lò phản ứng, giúp tăng thêm sức nóng của lò phản ứng do khí thải động cơ cung cấp.
Thừa nhận và giải quyết những hạn chế của hydro
Bài báo của nhóm nhấn mạnh rằng việc sử dụng hydro hiện nay, bao gồm cả hệ thống LOHC, để khử cacbon trong lĩnh vực vận tải đường bộ có những hạn chế. Bất kể những cải tiến kỹ thuật nào, các phương án hiện tại này vẫn cực kỳ tốn kém do chi phí phân phối hydro bán lẻ cao.
Biswas, người gần đây đã được bầu vào Hiệp hội Nghiên cứu Bền vững của Gia đình MIT Martin cho biết: “Chúng tôi đưa ra một lựa chọn thay thế nhằm giải quyết nhiều thách thức và dường như là một cách khả thi để có thể sử dụng hydro trong bối cảnh giao thông vận tải này”. công việc của ông trong lĩnh vực này.
“Hydro, khi được sử dụng thông qua LOHC, có những lợi ích rõ ràng cho việc vận chuyển đường dài, chẳng hạn như khả năng mở rộng và thời gian tiếp nhiên liệu nhanh. Ngoài ra còn có tiềm năng to lớn trong việc cải thiện việc phân phối và tiếp nhiên liệu để giảm chi phí hơn nữa và hệ thống của chúng tôi đang nỗ lực thực hiện điều đó.”
Moreno Sader, người gốc Colombia, cho biết: “Sử dụng hydro là một lựa chọn có thể tiếp cận được trên toàn cầu và có thể được mở rộng sang các quốc gia như nơi tôi sinh sống”. “Vì nó phối hợp với cơ sở hạ tầng hiện có nên không cần đầu tư lớn từ trước. Khả năng ứng dụng toàn cầu là rất lớn.”
Moreno Sader là thành viên của MathWorks và cùng với những người còn lại trong nhóm đã sử dụng các công cụ MATLAB để phát triển các mô hình và mô phỏng cho công việc này.
Các lĩnh vực khác nhau đến với nhau
Các phương thức vận chuyển khử cacbon, bao gồm vận tải đường dài, đòi hỏi kiến thức chuyên môn và quan điểm từ các ngành khác nhau — một cách tiếp cận phù hợp với sứ mệnh của MCSC.
Nghiên cứu đột phá của nhóm về vận tải đường bộ chạy bằng động cơ LOHC là một trong số các dự án được MCSC hỗ trợ trong lĩnh vực trọng tâm là Phương thức Vận tải Khó khăn, do Nghiên cứu sinh Tác động sau tiến sĩ Danika MacDonell dẫn đầu.
Các dự án do MCSC hỗ trợ đã được chọn để giải quyết một loạt các thách thức bổ sung quan trọng về mặt xã hội và phù hợp với ngành nhằm khử cacbon trong vận tải hạng nặng, trải rộng trên nhiều lĩnh vực và lộ trình giải pháp. Ví dụ, các dự án khác tập trung vào tối ưu hóa hậu cần cho đội xe tải điện khí hóa, hoặc tác động đến chất lượng không khí và khí hậu của hoạt động vận chuyển chạy bằng amoniac.
MCSC hoạt động để hỗ trợ và khuếch đại tác động của các dự án này bằng cách thu hút các nhóm nghiên cứu với các đối tác trong ngành từ nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngoài ra, MCSC theo đuổi cách tiếp cận đa ngành tập thể để khử cacbon trong giao thông vận tải bằng cách tạo điều kiện chia sẻ việc học hỏi giữa các dự án khác nhau thông qua thảo luận giữa các nhóm thường xuyên.
Nghiên cứu do Green dẫn đầu tôn vinh chủ đề liên ngành này bằng cách tích hợp các công cụ điện toán hàng đầu trong ngành do MathWorks cung cấp với những phát triển tiên tiến trong kỹ thuật hóa học, cũng như trình diễn lò phản ứng LOHC thương mại hàng đầu trong ngành, để xây dựng tầm nhìn hấp dẫn về hiệu quả chi phí. Vận tải đường bộ chạy bằng động cơ LOHC.
Việc xem xét và nghiên cứu được thực hiện trong bài báo Năng lượng và Nhiên liệu đặt nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn về thiết kế xe tải chạy bằng động cơ LOHC. Việc phát triển một phương tiện như vậy — với hệ thống giải phóng hydro tích hợp mạnh mẽ, hiệu quả và mạnh mẽ — đòi hỏi phải nghiên cứu chuyên sâu và tối ưu hóa hơn nữa các bộ phận cốt lõi hướng riêng đến ứng dụng vận tải đường bộ.
Khai thác tiềm năng của hydro để giải quyết lượng khí thải khi vận chuyển đường dài,
