Thị trấn Nhật Bản biến phân bò thành nhiên liệu hydro
Tại Nhật Bản, một sản phẩm rác thải có mùi hôi đang được tái chế thành nhiên liệu sạch tiềm năng trong tương lai, dùng để cung cấp năng lượng cho ô tô và máy kéo.
Chúng tôi đang bị hàng chục con bò nhìn với ánh mắt nghi ngờ. Hơi thở của chúng phả ra từ lỗ mũi một cách ngộ nghĩnh.
Một buổi sáng trong lành ở Hokkaido phủ đầy tuyết, một hòn đảo ở phía bắc Nhật Bản. Không khí lạnh mang theo mùi phân bò đặc trưng – một tác dụng phụ có mùi nhưng quen thuộc của ngành công nghiệp sữa đang phát triển mạnh mẽ trong khu vực. Chiếm 20% diện tích đất liền của đất nước, hòn đảo này là hòn đảo lớn thứ hai ở Nhật Bản. Đây cũng là nơi sinh sống của hơn một triệu con bò, sản xuất hơn một nửa lượng sữa và các sản phẩm từ sữa của đất nước.
Chúng tôi đang đến thăm một trang trại ở Hokkaido muốn biến nguồn hương thơm nồng nàn trong không khí thành thứ gì đó có giá trị. Họ đang biến phân gia súc thành hydro.
Khi bị đốt cháy, hydro không thải ra carbon, khiến nó trở thành một sự thay thế hấp dẫn cho nhiên liệu hóa thạch. Có nhiều hy vọng rộng rãi rằng nó có thể được sử dụng như một nhiên liệu bền vững để sưởi ấm nhà cửa và cung cấp năng lượng cho ô tô, tàu hỏa, máy bay và tàu thủy trong tương lai.
Nhưng cách phổ biến nhất để sản xuất hydro hiện nay là sử dụng mêtan – một loại nhiên liệu hóa thạch được dẫn từ dưới lòng đất lên, nghĩa là nó vẫn liên quan đến lượng khí thải carbon đáng kể. Hydro cũng có thể được sản xuất bằng cách phân tách nước bằng điện, nhưng cách này có thể tốn kém và chỉ thải ra ít carbon nếu sử dụng các nguồn điện tái tạo.
Tuy nhiên, Trang trại Hydro Shikaoi đang sử dụng một nguồn khác – một sản phẩm thải không thiếu ở Hokkaido. Khoảng 20 triệu tấn phân bò được tạo ra ở Hokkaido hàng năm. Nếu không được xử lý đúng cách, nó có thể trở thành gánh nặng cho môi trường, tạo ra lượng khí thải mê-tan đáng kể cũng như ảnh hưởng đến chất lượng nước nếu để rò rỉ vào các con suối và sông. Vậy thay vào đó, nó có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng bền vững không?
Maiko Abe từ Air Water, một trong số nhiều công ty tham gia vào dự án trang trại hydro. Chúng tôi đang đến thăm cơ sở ở Shikaoi, một thị trấn ở trung tâm Hokkaido, để quay một tập sắp tới của TechXplore của BBC tập trung vào Nhật Bản, cho biết:
Dự án sản xuất hydro từ phân gia súc này có nguồn gốc từ Nhật Bản và là dự án độc đáo ở nơi này.
“Shikaoi chiếm 30% chất thải và nước tiểu của bò ở Hokkaido, do đó, nơi này có tiềm năng lớn để phát triển năng lượng tái tạo.”
Được Bộ Môi trường Nhật Bản khởi xướng vào năm 2015, dự án này nhằm mục đích chuyển đổi các sản phẩm phụ nông nghiệp thành hydro để cung cấp cho cộng đồng nông thôn địa phương trong một nền kinh tế tuần hoàn. Phân và nước tiểu của bò được thu thập từ các trang trại bò sữa địa phương trước khi được đưa vào một máy tiêu hóa kỵ khí tại một cơ sở trung tâm. Tại đây, vi khuẩn phân hủy chất thải hữu cơ để tạo ra khí sinh học và phân bón dạng lỏng. Sau đó, khí sinh học được tinh chế thành khí mê-tan được sử dụng để sản xuất hydro.
Nhà máy hiện có công suất sản xuất hydro là 70 mét khối (18.500 gallon), với một trạm tiếp nhiên liệu tại chỗ có thể nạp khoảng 28 xe lắp pin nhiên liệu hydro mỗi ngày, Abe cho biết. Mặc dù nhiên liệu có thể được sử dụng bởi ô tô có pin nhiên liệu, nhưng trạm tiếp nhiên liệu của nhà máy đã được thiết kế đặc biệt để chứa các loại xe nông nghiệp như máy kéo và xe nâng. Những loại xe nông nghiệp này khó có thể điện khí hóa bằng pin do kích thước và loại công việc mà chúng thực hiện. Các loại xe chạy bằng hydro được sử dụng xung quanh các trang trại, giúp giảm lượng khí thải mà nếu không sẽ tạo ra khi sử dụng các nguồn nhiên liệu khác.
Hydro do gia súc tạo ra cũng được lưu trữ trong các bình chứa được vận chuyển để cung cấp điện và nhiệt cho các cơ sở khác trong khu vực, bao gồm một trang trại nuôi cá tầm địa phương và Vườn thú Obihiro gần đó.
Việc sản xuất và lưu trữ hydro ở quy mô lớn có thể đòi hỏi lượng lớn năng lượng và cơ sở hạ tầng
Nhưng hydro không phải là không có vấn đề. Nó cần được lưu trữ trong các bình chứa áp suất cao dưới dạng khí và có thể dễ bị rò rỉ do trọng lượng phân tử thấp. Nó cũng có thể làm hỏng các thùng chứa kim loại, khiến chúng giòn và dễ bắt lửa nên cần có các biện pháp phòng ngừa an toàn bổ sung khi xử lý.
Hydro cũng có thể được lưu trữ dưới dạng lỏng bằng cách làm lạnh nó xuống nhiệt độ cực thấp dưới –253C (-423F), nhưng cách này có thể tốn nhiều năng lượng và đòi hỏi lượng lớn cơ sở hạ tầng bổ sung.
Hydro có hàm lượng năng lượng gần gấp ba lần so với xăng (xăng) khi chỉ tính theo khối lượng. Nhưng trọng lượng phân tử thấp của nó cũng có nghĩa là theo thể tích, năng lượng chứa trong một lít hydro lỏng chỉ bằng một phần tư năng lượng chứa trong xăng. Nói một cách đơn giản, là loại khí nhẹ nhất trong Vũ trụ, hydro chiếm nhiều không gian hơn (kilôgam cho kilôgam) so với xăng. Điều này có nghĩa là cần nhiều không gian lưu trữ hơn cho hydro so với nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu diesel và khí tự nhiên. Điều này cũng có nghĩa là sản xuất và lưu trữ hydro ở quy mô lớn có thể đòi hỏi lượng lớn năng lượng và cơ sở hạ tầng.
Nhưng cùng với những rào cản này, dự án trang trại hydro ở Hokkaido còn phải đối mặt với những thách thức khác do khí hậu đặc thù của miền bắc Nhật Bản.
Mùa đông dưới 0 độ ở Hokkaido có nghĩa là cần có các công nghệ mới để sản xuất hydro ổn định mà không cần một lượng nhỏ hơi nước trong khí mê-tan đóng băng.
Sử dụng chất thải nông nghiệp làm nguồn mêtan để sản xuất hydro tương đối không phổ biến, nhưng cuối cùng nó sử dụng cùng một quy trình như được sử dụng để sản xuất hydro từ khí thiên nhiên: cải cách hơi nước. Ở đây, hơi nước được đun nóng đến 800C (1.472F) phản ứng với mêtan để tạo ra hydro, cùng với các sản phẩm phụ là carbon monoxide và carbon dioxide (CO2).
Tuy nhiên, Abe cho biết trong trường hợp phân bò, dự án vẫn bền vững vì carbon này có nguồn gốc từ cỏ mà bò ăn: “Vì ban đầu nó có trong khí quyển nên được coi là trung tính về carbon”.
Ngoài ra, nó còn giúp ngăn chặn khí mê-tan vốn được thải ra từ phân chuồng xâm nhập vào khí quyển, nơi khí mê-tan là một loại khí nhà kính mạnh.
Abe cho biết, bùn còn sót lại từ phân sau khi khí sinh học được chiết xuất sẽ được phun làm phân bón cho các cánh đồng gần đó, trong khi axit formic - được sử dụng trong và tạo ra bởi các quy trình này - có thể được cung cấp làm chất bảo quản cho thức ăn gia súc.
Hiện tại, điện cần thiết để sản xuất và lưu trữ hydro đến từ lưới điện quốc gia. Nhưng Abe cho biết có tiềm năng chuyển sang năng lượng xanh, với tiềm năng biển, gió và địa nhiệt đầy hứa hẹn của Hokkaido, do đó làm giảm lượng khí thải carbon của nguồn điện này.
Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức khác. Chi phí hydro cao so với nhiên liệu hóa thạch và nhu cầu thấp khiến việc mở rộng hoạt động trở nên khó khăn.
Abe nói:
Chi phí xây dựng các trạm hydro rất cao,
“Vì xe chạy bằng hydro vẫn chưa phổ biến nên chúng tôi giữ công suất nạp ở mức thấp để quản lý khoản đầu tư ban đầu. Khi việc áp dụng tăng lên, chúng tôi sẽ mở rộng nguồn cung.”
Thị trấn Nhật Bản biến phân bò thành nhiên liệu hydro
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
