Plasma có ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta, chiếm 99% vũ trụ hữu hình, bao gồm các ngôi sao vào ban đêm và tia sét mà chúng ta thấy xé toạc bầu trời.
Các nhà nghiên cứu đang sử dụng sức mạnh của vật chất siêu nóng này cho mọi thứ, từ sản xuất chip máy tính đến chữa lành vết thương. Và tại Bỉ, ba công ty đang hợp tác về công nghệ đầu tiên trên thế giới: lò phản ứng plasma biến CO₂ thu được thành carbon monoxide (CO) để sản xuất thép và hóa chất.
Quá trình này hứa hẹn sẽ khử cacbon trong sản xuất thép.
Vai trò của tái chế CO₂
Ngành thép tạo ra nhiều CO₂ hơn bất kỳ ngành công nghiệp nặng nào khác và được coi là thách thức đối với việc điện khí hóa. Điều này là do sản xuất thép truyền thống trong lò cao sử dụng than làm nguồn nhiệt và, trong quá trình hóa học, làm chất khử để chuyển quặng sắt thành gang nguyên tố ('lợn').
Trong khi ngành này hướng đến mục tiêu bảo vệ tương lai bằng các công nghệ như lò hồ quang điện và khử trực tiếp quặng sắt bằng hydro, thì ngành này cũng hướng đến việc thu giữ, sử dụng và lưu trữ CO₂ để giúp khử cacbon cho các tài sản hiện có.
Tại cơ sở của nhà sản xuất thép ArcelorMittal ở Gent, Bỉ, các nhóm kỹ sư đang làm việc trên một sáng kiến độc đáo trong không gian này. Thử nghiệm này là thu giữ CO₂ từ nhà máy, thông qua một đơn vị thu giữ carbon từ Tập đoàn Mitsubishi Heavy Industries (MHI) và tái chế thành CO. Sau đó, có thể đưa trở lại quy trình để thay thế than làm chất khử.
Một quá trình 'thú vị'
Quá trình chuyển đổi thành CO diễn ra trong lò phản ứng plasma của công ty công nghệ khí hậu D-CRBN có trụ sở tại Bỉ.
Các quy trình truyền thống để phân tách CO₂ thành CO và oxy đòi hỏi nhiệt độ rất cao để kích hoạt các phản ứng hóa học tách các phân tử carbon dioxide. Các phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng và thường được cung cấp năng lượng bằng nhiên liệu hóa thạch. Thay vào đó, D-CRBN đã thiết kế một quy trình hoàn toàn điện khí hóa. Lò phản ứng plasma của họ có thể sử dụng điện tái tạo để phân tách CO₂ thu được từ khí thải tại lò cao của Arcelor Mittal. Oxy thu được được tiêu thụ trong quá trình này, giúp tăng hiệu suất của lò phản ứng. Sau đó, carbon monoxide trở thành nguyên liệu đầu vào trong quá trình sản xuất thép.
“Chúng ta đều biết về plasma,” Gill Scheltjens, Tổng giám đốc điều hành tại D-CRBN, một kỹ sư hóa học có bằng tiến sĩ về công nghệ plasma, cho biết. “Nếu bạn rút phích cắm điện rất nhanh, bạn sẽ thấy tia lửa. Về cơ bản, chúng tôi cũng làm như vậy nhưng trong bầu khí quyển CO₂. Trong tia lửa đó, điện được đẩy qua các phân tử để chúng bị kích thích đến mức chúng bị vỡ ra.”
Scheltjens cho biết, phá vỡ liên kết này thông qua một quy trình hoàn toàn điện khí hóa là một trong những lợi thế lớn của công nghệ D-CRBN. “Xét về mặt điện khí hóa các quy trình hóa học, đây là một bước tiến lớn”.
Một giải pháp đầy hứa hẹn để khử cacbon cho thép
Nó cũng có thể chứng minh là một bước tiến đáng kể trong sản xuất thép và Scheltjens mô tả thử nghiệm tại ArcelorMittal Gent là "phiên bản thu nhỏ của những gì chúng tôi muốn làm trong tương lai".
Vào mùa hè năm 2024, một đường ống giữa đơn vị thu giữ carbon của MHI và đơn vị của D-CRBN đã được kết nối để kiểm tra tính khả thi của việc sử dụng CO₂ thu được làm nguyên liệu cho công nghệ của D-CRBN. Đây là giai đoạn thử nghiệm quan trọng, nhằm đảm bảo rằng bất kỳ tạp chất nào đi kèm với CO₂ được tạo ra trong quá trình sản xuất thép đều không có tác động bất lợi đến quy trình.
Scheltjens giải thích: “Mọi thứ được đưa vào lò phản ứng plasma của chúng tôi sẽ được đưa ra ngoài, nhưng được xáo trộn”. “Vì vậy, luồng đầu vào càng tinh khiết thì càng dễ chuyển đổi CO₂ thành CO. Ưu điểm khi làm việc với MHI là chúng tôi nhận được luồng CO₂ rất tinh khiết”.
Sử dụng CO₂ thu được
Scheltjens cho biết, từ dự án thí điểm công nghiệp này, mục tiêu của D-CRBN là mở rộng quy mô công nghệ để chuyển đổi 1 triệu tấn CO₂ mỗi năm — tương đương với lượng khí thải hàng năm của một lò cao thông thường.
Đối với MHI, sự hợp tác này cung cấp thêm một giải pháp bổ sung cho bộ giải pháp khử cacbon của ngành thép, mỗi giải pháp có thể giải quyết vấn đề cho các doanh nghiệp hoặc khu vực khác nhau. Như Florian Möllenbruck, Trưởng nhóm Kỹ thuật Dự án tại MHI, cho biết: “Có những địa điểm thuận lợi để lưu trữ CO₂, nhưng chuyển đổi cũng là một chủ đề lớn và công nghệ này có thể đóng vai trò thiết yếu đối với ngành thép.
“Nó không chỉ có thể tạo ra nguyên liệu cho quá trình sản xuất thép mà còn có thể tạo ra khí tổng hợp bằng cách bổ sung hydro, có thể dùng làm nguyên liệu cho nhiều ứng dụng, ví dụ như sản xuất etanol, metanol và nhiên liệu hàng không bền vững. Gần như không có giới hạn nào đối với ứng dụng tiềm năng trên thị trường.”
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
