Khí hóa sinh khối là một con đường công nghệ trưởng thành sử dụng một quy trình được kiểm soát liên quan đến nhiệt, hơi nước và oxy để chuyển đổi sinh khối thành hydro và các sản phẩm khác, mà không cần đốt cháy. Vì sinh khối đang phát triển loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển, nên lượng khí thải carbon ròng của phương pháp này có thể thấp, đặc biệt là nếu kết hợp với việc thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon trong thời gian dài. Các nhà máy khí hóa nhiên liệu sinh học đang được xây dựng và vận hành, và có thể cung cấp các thông lệ tốt nhất và bài học kinh nghiệm cho sản xuất hydro. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ dự đoán rằng khí hóa sinh khối có thể được triển khai trong khung thời gian ngắn hạn.
Sinh khối là gì?
Sinh khối, một nguồn tài nguyên hữu cơ tái tạo, bao gồm các chất thải nông nghiệp (như thân ngô hoặc rơm lúa mì), chất thải rừng, các loại cây trồng đặc biệt được trồng để sử dụng năng lượng (như cỏ switchgrass hoặc cây liễu), chất thải rắn hữu cơ của thành phố và chất thải động vật. Nguồn tài nguyên tái tạo này có thể được sử dụng để sản xuất hydro, cùng với các sản phẩm phụ khác, bằng cách khí hóa.
Quá trình khí hóa sinh khối diễn ra như thế nào?
Khí hóa là quá trình chuyển đổi vật liệu cacbon hữu cơ hoặc có nguồn gốc từ hóa thạch ở nhiệt độ cao (>700°C), không đốt cháy, với lượng oxy và/hoặc hơi nước được kiểm soát thành cacbon monoxit, hydro và cacbon dioxit. Sau đó, cacbon monoxit phản ứng với nước để tạo thành cacbon dioxit và nhiều hydro hơn thông qua phản ứng dịch chuyển nước-khí. Các chất hấp phụ hoặc màng đặc biệt có thể tách hydro ra khỏi luồng khí này.
Ví dụ phản ứng đơn giản
C6H12O6 + O2 + H2O → CO + CO2 + H2 + các chất khác
Lưu ý: Phản ứng trên sử dụng glucose làm chất thay thế cho cellulose. Sinh khối thực tế có thành phần và độ phức tạp rất khác nhau với cellulose là một thành phần chính.
Phản ứng chuyển dịch nước-khí
CO + H2O → CO2 + H2 (+ một lượng nhiệt nhỏ)
Nhiệt phân là quá trình khí hóa sinh khối khi không có oxy. Nhìn chung, sinh khối không dễ khí hóa như than và nó tạo ra các hợp chất hydrocarbon khác trong hỗn hợp khí thoát ra khỏi lò khí hóa; điều này đặc biệt đúng khi không sử dụng oxy. Do đó, thông thường phải thực hiện thêm một bước để cải tạo các hydrocarbon này bằng chất xúc tác để tạo ra hỗn hợp khí tổng hợp sạch gồm hydro, carbon monoxide và carbon dioxide. Sau đó, giống như trong quá trình khí hóa để sản xuất hydro, một bước phản ứng dịch chuyển (có hơi nước) chuyển đổi carbon monoxide thành carbon dioxide. Sau đó, hydro được tạo ra được tách ra và tinh chế.
Tại sao con đường này được xem xét?
Sinh khối là nguồn tài nguyên trong nước dồi dào.
Tại Hoa Kỳ, có nhiều sinh khối hơn nhu cầu thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Một báo cáo gần đây dự đoán rằng với những cải thiện dự kiến trong các hoạt động nông nghiệp và lai tạo thực vật, có thể có tới 1 tỷ tấn sinh khối khô để sử dụng cho mục đích năng lượng hàng năm. Để biết thêm thông tin, hãy xem Cập nhật tỷ tấn sinh khối của Hoa Kỳ: Nguồn cung cấp sinh khối cho ngành công nghiệp năng lượng sinh học và sản phẩm sinh học.
Sinh khối “tái chế” carbon dioxide.
Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển như một phần của quá trình tăng trưởng tự nhiên khi chúng tạo ra sinh khối, bù đắp lượng carbon dioxide thải ra từ quá trình sản xuất hydro thông qua khí hóa sinh khối và dẫn đến lượng khí thải nhà kính ròng thấp.
Nghiên cứu tập trung vào việc vượt qua những thách thức
Những thách thức chính đối với việc sản xuất hydro thông qua khí hóa sinh khối liên quan đến việc giảm chi phí liên quan đến thiết bị vốn và nguyên liệu sinh khối.
Nghiên cứu để giảm chi phí vốn:
- Thay thế quy trình đông lạnh hiện đang được sử dụng để tách oxy khỏi không khí khi sử dụng oxy trong lò khí hóa bằng công nghệ màng mới.
- Phát triển công nghệ màng mới để tách và làm sạch hydro tốt hơn khỏi dòng khí được tạo ra (tương tự như khí hóa than).
- Tăng cường quy trình (kết hợp các bước thành ít thao tác hơn).
Nghiên cứu để giảm chi phí nguyên liệu sinh khối:
- Việc cải thiện các biện pháp canh tác và nỗ lực nhân giống sẽ mang lại chi phí nguyên liệu thấp và ổn định.
Do khí hóa sinh khối là một công nghệ đã hoàn thiện, chi phí nguyên liệu và những bài học kinh nghiệm rút ra từ các cuộc trình diễn thương mại sẽ xác định tiềm năng của công nghệ này như một con đường khả thi để sản xuất hydro có khả năng cạnh tranh về chi phí.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
