Sản xuất amoniac xanh: Phương pháp tiếp cận khí mêtan sinh học mang lại lượng khí thải ròng bằng không
Sử dụng biomethane để sản xuất amoniac, một hóa chất quan trọng trong nông nghiệp, có thể làm giảm đáng kể tác động khí hậu của quá trình này. Trong một nghiên cứu được công bố trên One Earth, nhà nghiên cứu Robert Istrate cho thấy thậm chí có thể làm cho sản xuất amoniac bằng không hoặc carbon âm.
Amoniac là một hóa chất cần thiết hơn nhiều người nhận ra. Nó tạo thành cơ sở của phân bón tổng hợp được sử dụng trong nông nghiệp trên toàn thế giới, có nghĩa là hàng tỷ người phụ thuộc vào nó. Thật không may, sản xuất amoniac đi kèm với một nhược điểm đáng kể: lượng khí thải carbon đáng kể góp phần vào cuộc khủng hoảng khí hậu.
Amoniac được làm từ nitơ và hydro, với hydro thường có nguồn gốc từ khí tự nhiên. "Khí tự nhiên chứa cả carbon và hydro, nhưng bạn chỉ cần hydro cho amoniac. Kết quả là, rất nhiều carbon được giải phóng trong quá trình sản xuất", Istrate giải thích.
Một giải pháp tiềm năng để giảm tác động khí hậu của amoniac là sản xuất hydro thông qua điện phân, sử dụng năng lượng tái tạo. "Nhưng đó là một lựa chọn đắt tiền," Istrate nói, "và nó vẫn chưa được thiết lập tốt." Kết quả là, chỉ một phần nhỏ amoniac hiện được sản xuất theo cách này.
Biomethane có cấu trúc hóa học tương tự như khí tự nhiên
Istrate, một kỹ sư môi trường, đã đề xuất một ý tưởng thay thế. Trong khi khám phá các cách khử cacbon trong các quá trình hóa học, ông nhận thấy những lợi thế của biomethane để sản xuất amoniac.
Biomethane có cấu trúc hóa học tương tự như khí tự nhiên (CH₄), "có nghĩa là các cơ sở sản xuất amoniac hiện có có thể được sử dụng". Tuy nhiên, cả hai có một điểm khác biệt quan trọng: khí tự nhiên là nhiên liệu hóa thạch, trong khi biomethane có nguồn gốc từ sinh khối, chẳng hạn như chất thải thực phẩm hoặc tàn dư nông nghiệp.
Khi biomethane được sử dụng, carbon được giải phóng vào khí quyển gần đây đã được thu giữ trong quá trình phát triển sinh khối thông qua quang hợp: ở thực vật khi chúng phát triển. "Điều đó đạt được sự cân bằng," Istrate giải thích. Ngược lại, sử dụng khí đốt tự nhiên giải phóng thêm CO2 vào khí quyển, CO2 đã được lưu trữ dưới lòng đất hàng triệu năm.
Thu giữ carbon và lưu trữ vĩnh viễn
"Điều này đã thể hiện một lợi thế so với khí đốt tự nhiên", Istrate nói. Nhưng còn nhiều hơn thế nữa. "Nếu, thay vì thải ra carbon này, bạn thu giữ và lưu trữ nó vĩnh viễn, thì bạn có thể bắt đầu nghĩ về lượng khí thải ròng bằng không hoặc thậm chí là tiêu cực carbon." Nói cách khác, sản xuất amoniac có thể tích cực loại bỏ CO2 khỏi khí quyển.
Việc thu giữ carbon không đòi hỏi nhiều nỗ lực vì việc tách CO2 vốn có trong quá trình sản xuất biomethane và amoniac. "Đó là một lợi thế chính của amoniac. Nó đã yêu cầu tách CO2", Istrate lưu ý. "Vì vậy, không cần phát triển công nghệ mới cho điều đó."
Trong nghiên cứu của mình, Istrate đã so sánh toàn bộ vòng đời của các phương pháp sản xuất amoniac thông thường, điện phân và sản xuất dựa trên biomethane. Ông phát hiện ra rằng khi amoniac được sản xuất hoàn toàn từ biomethane kết hợp với thu hồi và lưu trữ carbon (CCS), quá trình này thực sự có thể trở thành carbon âm.
Còn một kịch bản 'thực tế hơn' thì sao?
Nhà nghiên cứu cũng kiểm tra một kịch bản thực tế hơn trong đó khí tự nhiên được pha trộn với khí mêtan sinh học. Ông kết luận rằng để đạt được mức trung hòa carbon, trung bình, 44% khí mêtan sinh học phải được pha trộn với 56% khí tự nhiên, đồng thời thu giữ carbon được giải phóng.
Theo nghiên cứu, biomethane có thể cạnh tranh về mặt kinh tế - ít nhất là khi chi phí đạt được mức trung hòa carbon thông qua loại bỏ CO2 được tính vào tất cả các kịch bản. Một lý do quan trọng là giá khí đốt cao, một phần do cuộc xâm lược của Nga vào Ukraine. Và Thu hồi và lưu trữ carbon trực tiếp trong không khí (DACCS), một giải pháp thay thế cho việc loại bỏ CO2 trực tiếp khỏi không khí, tốn kém và không hiệu quả.
"Bạn không cần công nghệ phức tạp như DACCS. Thường có những giải pháp đơn giản hơn có thể có tác động ngay lập tức", Istrate nói. Đưa biomethane vào sản xuất amoniac có thể là một trong những "giải pháp đơn giản" này.
