Thu hồi CO₂ ngay từ ống xả xe tải diesel: Một bước ngoặt cho giảm phát thải trong giao thông?
Tác giả: Shivom Sharma & François Maréchal
Công bố trên Frontiers in Energy Research, 12/2019
Giao thông vận tải là một trong những lĩnh vực khó giảm phát thải nhất khi thế giới nỗ lực đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0. Động cơ đốt trong, đặc biệt là diesel, vẫn chiếm ưu thế trong xe tải hạng nặng, xe buýt và phương tiện chuyên dụng. Trong khi điện hóa hoàn toàn hoặc pin nhiên liệu hydro vẫn chưa thể triển khai rộng rãi, các giải pháp tạm thời nhằm giảm phát thải đang được quan tâm.
Một nghiên cứu trên Frontiers in Energy Research đề xuất một giải pháp đột phá: thu hồi CO₂ ngay trên phương tiện bằng công nghệ hấp phụ dao động nhiệt độ (TSA) kết hợp với thu hồi nhiệt thải. Hệ thống có khả năng thu hồi tới 90% lượng CO₂ từ khí xả, nén và hóa lỏng để lưu trữ ngay trên xe, sau đó có thể vận chuyển đi lưu giữ hoặc tái sử dụng.
Nguyên lý hoạt động
Thiết kế hệ thống tích hợp nhiều công nghệ:
-
Hấp phụ – giải hấp bằng dao động nhiệt độ (TSA):
Khí xả đi qua lớp vật liệu hấp phụ, CO₂ bị giữ lại. Khi bão hòa, lớp hấp phụ được gia nhiệt để giải phóng CO₂. -
Thu hồi nhiệt thải bằng chu trình Rankine:
Nhiệt từ khí xả và hệ thống làm mát động cơ được tận dụng để chạy chu trình Rankine, tạo công cơ học cho bơm nhiệt và máy nén. -
Nén và hóa lỏng CO₂:
Lượng CO₂ thu hồi được nén, làm lạnh và lưu trữ ở dạng lỏng trong bồn chứa cryogenic trên xe. -
Tích hợp năng lượng:
Hệ thống được tối ưu để tận dụng nhiệt thải tối đa, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu bổ sung.
Ví dụ áp dụng: Xe giao hàng cỡ trung
Trong nghiên cứu mô phỏng xe chạy 250 km trong 8 giờ, tiêu thụ khoảng 50 lít dầu diesel:
-
CO₂ phát thải: ~117,2 kg
-
CO₂ thu hồi (90%): ~105,5 kg
-
Mức tăng nhiên liệu: rất thấp nhờ tích hợp nhiệt hiệu quả
-
Khối lượng & thể tích tăng thêm: trong mức chấp nhận được
Ba cấu hình hệ thống được so sánh, trong đó phương án lưu trữ CO₂ dạng lỏng tỏ ra tối ưu về trọng lượng, thể tích và tính khả thi.
Lợi ích và cơ hội
-
Giảm phát thải nhanh: Giúp cắt giảm CO₂ ngay cả khi đội xe diesel vẫn hoạt động.
-
Kinh tế tuần hoàn carbon: CO₂ thu được có thể dùng làm nguyên liệu tổng hợp nhiên liệu (methanol, methane) kết hợp hydro tái tạo.
-
Tự cung cấp năng lượng: Sử dụng chủ yếu nhiệt thải, không cần nguồn điện ngoài.
Thách thức cần giải quyết
-
Biến động tải: Dòng khí xả và nhiệt độ thay đổi liên tục, cần hệ thống điều khiển chính xác.
-
Không gian & tải trọng: Thiết bị bổ sung có thể giảm tải trọng hàng hóa.
-
Chi phí & bảo trì: Hệ thống phức tạp, cần tính toán hiệu quả kinh tế.
-
Hạ tầng hỗ trợ: Cần có mạng lưới thu gom và xử lý CO₂ sau khi được lưu trữ trên xe.
Kết luận
Nghiên cứu cho thấy việc thu hồi CO₂ ngay trên phương tiện là khả thi về mặt kỹ thuật và có thể đóng vai trò quan trọng trong lộ trình giảm phát thải giao thông. Khi kết hợp với hydro tái tạo để sản xuất nhiên liệu tổng hợp, giải pháp này có thể biến xe tải từ nguồn phát thải thành mắt xích trong chuỗi kinh tế carbon tuần hoàn.
