Tìm ra con đường đáng tin cậy để đạt mức phát thải ròng bằng 0: Thách thức của việc mở rộng quy mô công nghệ điện khí hóa mới nổi
của Michael Brown, Đại học Alberta
Sơ đồ sản xuất GA/FA điện hóa. Các bộ phận tách trung gian (bộ trung hòa, bộ kết tinh, máy ly tâm và máy sấy) tách muối kali của sản phẩm (C2H3KO3/HCO2K) trước khi chưng cất và tạo ra K2SO4 dưới dạng sản phẩm phụ. Nhà cung cấp: Chất xúc tác tự nhiên (2024). DOI: 10.1038/s41929-024-01107-6
Giáo sư kỹ thuật vật liệu và hóa học, Adnan Khan, đã dành 15 năm qua để tập trung nghiên cứu phát triển các công nghệ bền vững nhằm khử cacbon trong hệ thống năng lượng của chúng ta. Ông nói: “Đây là thách thức quan trọng nhất mà chúng ta phải đối mặt ngày nay. Chúng ta nợ thế hệ tương lai điều này”.
Nhưng có một điều cần nói rằng chúng ta cần chuyển đổi hệ thống năng lượng của mình và một điều khác là tìm ra cách thực hiện việc đó một cách bền vững và hiệu quả về mặt chi phí.
Để giúp đỡ, Khan đã thành lập Phòng thí nghiệm chuyển đổi năng lượng với mục tiêu phát triển và phân tích các vật liệu, công nghệ mới cũng như lộ trình chuyển đổi đáng tin cậy hướng tới mức phát thải ròng bằng 0 cho Canada.
Khan cho biết câu hỏi về độ tin cậy là chìa khóa cho phòng thí nghiệm gồm 10 người của ông, nơi sử dụng phân tích cấp hệ thống để kiểm tra xem liệu các công nghệ hoặc giải pháp mới cuối cùng sẽ giúp ích hay cản trở mục tiêu tổng thể của quá trình chuyển đổi năng lượng.
Ông nói: “Trước khi đầu tư tiền bạc, năng lượng và thời gian để phát triển các vật liệu và quy trình mới, chúng ta cần hiểu cách thức hoạt động của một nhà máy được thiết kế ở quy mô thực tế hoặc quy mô công nghiệp”. "Thật khó để hiểu được những thách thức của quy trình công nghiệp."
Tính toán sai lầm về các quy trình ở quy mô công nghiệp này là cơ sở của một bài báo gần đây do nhóm của ông xuất bản trên tạp chí Nature Catalysis. Bài báo cho thấy một công nghệ điện khí hóa mới nổi có mục đích tốt được thiết kế để giúp khử cacbon trong lĩnh vực hóa chất, chiếm 2% lượng khí thải toàn cầu—sẽ thực sự làm tăng cả việc sử dụng năng lượng và chi phí.
Khan nói: “Việc khử cacbon trong ngành bằng điện khí hóa là một bước đi đúng hướng, nhưng các nhà nghiên cứu công nghệ hiện đang theo đuổi có thể dẫn đến những thách thức đáng kể”.
Công nghệ này dựa trên hệ thống xúc tác điện kiềm có thể cung cấp năng lượng bằng điện tái tạo để sản xuất hóa chất. Các hệ thống này sử dụng dung dịch cơ bản có độ pH cao hoặc độ kiềm cao để tăng tốc độ phản ứng hóa học liên quan đến điện.
Nhóm đã làm sáng tỏ những thách thức trong việc phát triển quy trình công nghiệp dựa trên công nghệ này, đặc biệt là khâu tách sản phẩm ở khâu cuối cùng. Để làm điều đó, họ đã mô phỏng quy trình công nghiệp và phân tích nó bằng các mô hình kinh tế mà họ đã phát triển nội bộ.
Để nghiên cứu, Khan đã xem xét quy trình sản xuất axit glycolic. Axit glycolic là một hóa chất có giá trị được sử dụng trong ngành mỹ phẩm và ngành tẩy rửa gia dụng và công nghiệp. Nó được quảng cáo là sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai của nhựa sinh học.
Các kết quả được trình bày trong nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp xúc tác điện kiềm để sản xuất axit glycolic sẽ đòi hỏi phải sử dụng quy trình tách sản phẩm đắt tiền ở hạ nguồn, dẫn đến tăng cả chi phí nguyên liệu thô và năng lượng. Như đã nói, giá sản xuất axit glycolic được sản xuất theo cách này sẽ tăng lên 2,20 đến 2,50 USD/kg, tăng tới 40% so với giá thị trường hiện tại là khoảng 1,50 USD/kg.
Khan kết luận rằng những thách thức liên quan đến phản ứng hóa học axit-bazơ thường bị bỏ qua ở giai đoạn phát triển chất xúc tác, dẫn đến lãng phí đáng kể nguồn lực nghiên cứu.
"Tôi biết chúng ta phải hành động nhanh chóng vì lượng khí thải liên quan đến hoạt động của con người đã dẫn đến tác động đáng kể đến biến đổi khí hậu. Nhưng chúng ta cần phát triển các giải pháp đáng tin cậy để đạt được mức phát thải ròng bằng không."
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
