Phân chuồng thành hydro? Những công ty này đang biến chất thải thành năng lượng vàng
Định nghĩa lại chất thải: Chuyển đổi phân bò thành hydro
Những tiến bộ hiện đại trong năng lượng tái tạo đang cho chúng ta thấy chất thải có thể là một nguồn tài nguyên như thế nào. Một lĩnh vực trọng tâm sáng tạo là biến phân bò thành nhiên liệu hydro, một phương pháp kết hợp quản lý chất thải với sản xuất năng lượng sạch. Quy trình này không chỉ giải quyết vấn đề khí thải nông nghiệp mà còn cung cấp nguồn năng lượng bền vững có thể cung cấp năng lượng cho xe cộ, máy móc và toàn bộ cộng đồng. Các công ty và thị trấn trên toàn cầu đang dẫn đầu xu hướng này, biến chất thải chăn nuôi thành hydro bằng các công nghệ tiên tiến.
Tại sao chuyển đổi từ phân chuồng thành hydro lại quan trọng
Phân bò thải ra một lượng lớn khí mê-tan, một loại khí nhà kính mạnh có tác động đáng kể đến biến đổi khí hậu. Việc sử dụng phân bò để sản xuất nhiên liệu hydro có mục đích kép. Đầu tiên, nó làm giảm lượng khí thải mê-tan bằng cách thu giữ khí trong quá trình xử lý. Thứ hai, nó tạo ra nguồn năng lượng sạch, hiệu quả, không thải ra khí thải độc hại khi sử dụng. Khả năng biến một sản phẩm phụ có hại cho môi trường thành nhiên liệu tái tạo làm nổi bật tiềm năng to lớn của công nghệ này.
Hydro là chất mang năng lượng đa năng, có triển vọng đặc biệt trong các lĩnh vực như vận tải hạng nặng, sưởi ấm công nghiệp và lưu trữ năng lượng. Bằng cách sử dụng phân chuồng, một sản phẩm phụ nông nghiệp có sẵn rộng rãi, việc sản xuất hydro có thể được định vị, giảm nhu cầu về các hệ thống sản xuất tập trung dựa trên nhiên liệu hóa thạch. Cách tiếp cận này cũng đại diện cho một bước quan trọng hướng tới mục tiêu giảm phát thải toàn cầu.
Các công nghệ chính thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ phân chuồng sang hydro
1. Modern Electron (Hoa Kỳ): Nhiệt phân mêtan
Modern Electron có trụ sở tại Seattle đi đầu trong công nghệ nhiệt phân mêtan, bao gồm việc phân tách các phân tử mêtan thành hydro và cacbon rắn. Hợp tác với Qualco Energy và Tulalip Tribes tại một cơ sở sinh học phân hủy ở Washington, Modern Electron xử lý 60.000 gallon phân chuồng mỗi ngày để sản xuất khí đốt tự nhiên. Nhà máy thí điểm mới của họ, hoạt động từ đầu năm 2023, nâng cấp quy trình bằng cách chuyển đổi khí mêtan thành nhiên liệu hydro.
Nhiệt phân mêtan là một quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng nhưng có những lợi ích đáng chú ý. Ví dụ, sản phẩm phụ của công nghệ này, cacbon rắn, có thể được sử dụng làm phân bón, đảm bảo giảm thiểu chất thải trong khi vẫn hỗ trợ nông nghiệp bền vững. Modern Electron cũng đang tận dụng cơ sở hạ tầng khí đốt tự nhiên hiện có để hợp lý hóa việc phân phối, nhằm mục đích biến phân chuồng thành hydro khả thi về mặt kinh tế trên quy mô lớn hơn.
2. Graforce (Đức): Điện phân plasma
Công ty Graforce của Đức có cách tiếp cận khác với hệ thống điện phân plasma của mình. Công nghệ này sử dụng plasma năng lượng cao để chuyển đổi mêtan trong phân chuồng thành hydro xanh. Điện phân plasma loại bỏ nhu cầu về các quy trình cải cách nhiệt độ cao, giúp tiết kiệm năng lượng. Graforce ước tính rằng cách tiếp cận này có thể đáp ứng tới một nửa nhu cầu năng lượng hàng năm của thế giới đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải CO2 toàn cầu.
Điểm đáng chú ý về giải pháp của Graforce là khả năng mở rộng quy mô. Giải pháp này được thiết kế để triển khai ở các vùng nông nghiệp, tận dụng chất thải chăn nuôi có sẵn rộng rãi. Điều này khiến giải pháp này trở thành công nghệ đầy hứa hẹn cho các dự án sản xuất hydro phi tập trung và do cộng đồng thúc đẩy.
3. Thị trấn Shikaoi, Nhật Bản: Chuyển đổi khí sinh học thành hydro
Thị trấn Shikaoi ở Hokkaido, Nhật Bản, là một câu chuyện thành công thực tế về cách các hệ thống chuyển đổi phân thành hydro có thể mang lại lợi ích cho nền kinh tế địa phương trong khi thúc đẩy tính bền vững. Trong hơn 17 năm, Shikaoi đã phát triển một cơ sở sản xuất khí sinh học tiên tiến xử lý phân từ 21.000 con bò sữa. Quá trình này lên men phân để tạo ra khí mê-tan, sau đó được tinh chế và chuyển đổi thành hydro.
Hydro được tạo ra được sử dụng để làm nhiên liệu cho các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu địa phương (FCV) thông qua trạm duy nhất của Nhật Bản cung cấp hydro có nguồn gốc từ phân gia súc. Ngoài việc sản xuất nhiên liệu, cơ sở này còn chuyển nhiệt dư thừa được tạo ra trong quá trình này vào các ứng dụng nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản, chẳng hạn như trồng các loại cây trồng có giá trị cao và nuôi cá tầm để lấy trứng cá muối.
Những công nghệ này có thể định hình lại ngành hydro như thế nào
Những tiến bộ trong công nghệ chuyển đổi phân thành hydro minh họa cho sự chuyển dịch sang các hệ thống năng lượng sạch hơn, phi tập trung. Mỗi phương pháp này đều mang lại những lợi ích riêng biệt có thể định hình lại ngành công nghiệp hydro:
Khả thi về mặt kinh tế:
Bằng cách tận dụng chất thải nông nghiệp và cơ sở hạ tầng khí đốt tự nhiên hiện có, các hệ thống này có thể giảm chi phí thường liên quan đến hydro xanh, giúp cộng đồng nông thôn và nông nghiệp dễ tiếp cận hơn.
Độc lập năng lượng tại địa phương:
Thay vì dựa vào các nhà máy hydro quy mô lớn, các hệ thống tại địa phương như ở Shikaoi chứng minh rằng công nghệ chuyển đổi phân thành hydro có thể cung cấp nguồn năng lượng tái tạo độc lập cho cộng đồng và các ngành công nghiệp.
Kinh tế tuần hoàn:
Bằng cách biến chất thải thành năng lượng và các sản phẩm phụ có thể sử dụng như carbon rắn hoặc phân trộn, các phương pháp này phù hợp với nguyên tắc của nền kinh tế tuần hoàn. Phương pháp tiếp cận tích hợp này tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên và giảm gánh nặng cho môi trường.
Ứng dụng mở rộng quy mô:
Những công nghệ này có thể đặc biệt có tác động ở các vùng nông nghiệp, nơi các trang trại có thể trở thành nhà cung cấp năng lượng tự duy trì cho thiết bị, phương tiện vận chuyển và thậm chí là điện dân dụng.
Tại sao nên chuyển đổi khí thiên nhiên thành hydro: Giải thích các lợi ích chính
Đó là một câu hỏi hay! Sử dụng khí thiên nhiên trực tiếp làm nhiên liệu thực sự là một lựa chọn, nhưng việc chuyển đổi nó thành hydro mang lại một số lợi thế độc đáo, đặc biệt là khi xem xét tính bền vững lâu dài và các mục tiêu về môi trường. Sau đây là lý do:
1. Khí thải sạch hơn
Khi khí thiên nhiên bị đốt cháy, nó giải phóng carbon dioxide (CO2), một loại khí nhà kính góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Ngược lại, quá trình đốt cháy hydro chỉ tạo ra hơi nước dưới dạng sản phẩm phụ, khiến nó trở thành nhiên liệu không phát thải tại thời điểm sử dụng.
Bằng cách chuyển đổi khí thiên nhiên thành hydro và thu giữ sản phẩm phụ carbon (dưới dạng carbon rắn hoặc thông qua các công nghệ thu giữ carbon), tác động tổng thể đến môi trường sẽ giảm đáng kể.
2. Tính linh hoạt của hydro
Hydro là chất mang năng lượng có tính linh hoạt cao. Nó có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu để tạo ra điện, cung cấp năng lượng cho xe cộ và thậm chí cung cấp nhiệt cho các quy trình công nghiệp. Tính linh hoạt này khiến nó trở thành một yếu tố chính trong việc khử cacbon cho các lĩnh vực khó điện khí hóa, chẳng hạn như vận tải hạng nặng và sản xuất.
Mặt khác, khí đốt tự nhiên chủ yếu được sử dụng để sưởi ấm và phát điện, hạn chế các ứng dụng của nó so với hydro
.
3. Tiềm năng lưu trữ năng lượng
Hydro có thể được lưu trữ trong thời gian dài và vận chuyển trên những khoảng cách xa, khiến nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời để cân bằng cung và cầu năng lượng. Điều này đặc biệt hữu ích để tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời, vốn không liên tục theo bản chất.
Cũng có thể lưu trữ và vận chuyển khí đốt tự nhiên, nhưng chúng không mang lại tiềm năng khử cacbon tương tự.
4. Khử cacbon cho giao thông vận tải
Hydro rất cần thiết cho xe chạy bằng pin nhiên liệu (FCV), đây là giải pháp thay thế sạch hơn cho động cơ đốt trong. Mặc dù xe chạy bằng khí đốt tự nhiên vẫn thải ra CO2, trong khi xe chạy bằng hydro không thải ra khí thải độc hại.
5. Hệ thống năng lượng bền vững trong tương lai
Khi thế giới hướng tới các mục tiêu giảm carbon nghiêm ngặt hơn, hydro được coi là giải pháp bền vững hơn trong dài hạn. Đầu tư vào cơ sở hạ tầng hydro ngay bây giờ giúp chuẩn bị cho tương lai khi nhiên liệu hóa thạch như khí đốt tự nhiên có thể không còn khả thi do các quy định về môi trường.
6. Sử dụng các sản phẩm phụ
Các công nghệ như nhiệt phân mêtan không chỉ tạo ra hydro mà còn tạo ra cacbon rắn dưới dạng sản phẩm phụ, có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau (ví dụ như làm chất phụ gia cho đất hoặc trong sản xuất). Điều này tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn, nơi chất thải được giảm thiểu.
Những thách thức cần cân nhắc
Việc chuyển đổi khí đốt tự nhiên thành hydro đòi hỏi năng lượng, điều này có thể khiến quá trình kém hiệu quả hơn so với việc sử dụng trực tiếp khí đốt tự nhiên. Tuy nhiên, những tiến bộ trong các công nghệ như nhiệt phân mêtan và điện phân plasma đang cải thiện hiệu quả và giảm chi phí.
Sự thành công của hydro phụ thuộc vào tính khả dụng của cơ sở hạ tầng, chẳng hạn như các trạm tiếp nhiên liệu hydro và đường ống, vẫn đang được phát triển ở nhiều khu vực.
Tóm lại, trong khi khí đốt tự nhiên là nguồn năng lượng có giá trị, việc chuyển đổi nó thành hydro phù hợp hơn với các mục tiêu toàn cầu về giảm phát thải và chuyển đổi sang tương lai năng lượng sạch hơn, bền vững hơn. Tính linh hoạt, bản chất đốt sạch và tiềm năng khử cacbon của hydro trong nhiều lĩnh vực khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn mặc dù cần phải xử lý thêm.
Áp dụng các công nghệ này ngay hôm nay và sau này
Các công nghệ do Modern Electron, Graforce và Shikaoi Town tiên phong đại diện cho các giải pháp thiết thực có thể được triển khai ngay hôm nay với sự hỗ trợ phù hợp. Ví dụ, các trang trại có hệ thống sinh học phân hủy hiện có có thể áp dụng các nâng cấp tương tự từ mê-tan sang hydro, có khả năng biến chúng thành trung tâm năng lượng cho cộng đồng địa phương.
Chính phủ và các bên liên quan tư nhân có thể đẩy nhanh quá trình áp dụng bằng cách tài trợ cho nghiên cứu, cơ sở hạ tầng và các dự án thí điểm. Các trạm tiếp nhiên liệu hydro như trạm ở Shikaoi Town rất quan trọng để tạo điều kiện cho giao thông năng lượng sạch, chứng minh rằng ngay cả các thị trấn nhỏ cũng có thể dẫn đầu trong các nỗ lực khử cacbon.
Nhìn về phía trước, các công nghệ này hứa hẹn sẽ có tác động toàn cầu đáng kể nếu được mở rộng quy mô một cách chính xác. Nền kinh tế nông nghiệp ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á sẽ được hưởng lợi nhiều nhất, biến chất thải chăn nuôi thành giải pháp năng lượng tái tạo thúc đẩy các mục tiêu về môi trường và năng lượng. Mặc dù vẫn còn những thách thức như chi phí và hiệu quả, công việc đang được thực hiện ngày nay đặt nền tảng vững chắc cho các hệ thống năng lượng sạch hơn và bền vững hơn trong tương lai.
