Từ rác thải đến cất cánh: Nhà máy thí điểm sản xuất 100 kg nhiên liệu hàng không bền vững mỗi ngày từ khí thải bãi rác
Bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Cơ sở chuyển đổi khí thải bãi rác thành khí tổng hợp (CO và H₂) thích hợp cho sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững (SAF). Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT)
Ngành hàng không chiếm một phần đáng kể lượng khí thải carbon toàn cầu. Để đối phó, cộng đồng quốc tế đang mở rộng việc sử dụng bắt buộc nhiên liệu hàng không bền vững (SAF), được sản xuất từ chất thải hữu cơ hoặc sinh khối và dự kiến sẽ giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính so với nhiên liệu máy bay phản lực thông thường dựa trên nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao vẫn là một thách thức lớn, dẫn đến việc một số hãng hàng không ở châu Âu và Nhật Bản chuyển chi phí liên quan đến SAF cho người tiêu dùng.
Trong bối cảnh đó, một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Yun-Jo Lee tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) dẫn đầu, hợp tác với Công ty TNHH Công nghệ EN2CORE, đã chứng minh thành công một quy trình tích hợp chuyển đổi khí thải bãi rác được tạo ra từ chất thải hữu cơ - chẳng hạn như chất thải thực phẩm - thành nhiên liệu hàng không.
Việc phát triển hai chất xúc tác cho phép sản xuất nhiên liệu lỏng có chọn lọc đã được công bố trên tạp chí ACS Catalysis và Fuel.
Hiện nay, ngành công nghiệp lọc dầu chủ yếu sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) từ dầu ăn đã qua sử dụng. Tuy nhiên, dầu ăn đã qua sử dụng có nguồn cung hạn chế và cũng được sử dụng cho các ứng dụng khác như sản xuất biodiesel, khiến nó tương đối đắt tiền và khó có thể đảm bảo với số lượng lớn.
Ngược lại, khí thải từ bãi rác sinh ra từ chất thải thực phẩm và phân gia súc lại dồi dào và rẻ tiền. Nghiên cứu này là minh chứng đầu tiên trong nước về sản xuất nhiên liệu hàng không sử dụng khí thải từ bãi rác làm nguyên liệu chính.
Không giống như các hệ thống thông thường, việc sử dụng các lò phản ứng vi kênh thu nhỏ và dạng mô-đun cho phép triển khai cơ sở ở quy mô nhỏ. (Nguồn: Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT))
Chuyển đổi khí thải từ bãi rác thành nhiên liệu máy bay phản lực
Sản xuất nhiên liệu hàng không từ khí thải từ bãi rác đòi hỏi phải vượt qua hai thách thức chính: tinh chế khí để thu được các chất trung gian phù hợp và nâng cao hiệu quả chuyển đổi các chất trung gian dạng khí thành nhiên liệu lỏng. Nhóm nghiên cứu đã giải quyết những thách thức này bằng cách phát triển một quy trình tích hợp bao gồm xử lý sơ bộ khí thải bãi rác, sản xuất khí tổng hợp và chuyển hóa xúc tác khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng.
Công ty EN2CORE Technology chịu trách nhiệm về các quy trình đầu nguồn. Khí thải bãi rác thu thập từ các bãi thải được khử lưu huỳnh và xử lý bằng phương pháp tách màng để giảm lượng carbon dioxide dư thừa.
Khí đã được tinh chế sau đó được chuyển đổi thành khí tổng hợp—chứa carbon monoxide và hydro—sử dụng lò phản ứng cải tạo plasma độc quyền, và sau đó được cung cấp cho KRICT.
KRICT đã áp dụng quy trình Fischer–Tropsch để chuyển đổi khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng. Trong quy trình này, hydro và carbon phản ứng trên bề mặt chất xúc tác để tạo thành chuỗi hydrocarbon. Các hydrocarbon có chiều dài chuỗi thích hợp trở thành nhiên liệu lỏng, trong khi các chuỗi dài hơn tạo thành các sản phẩm phụ rắn như sáp. Bằng cách sử dụng chất xúc tác gốc zeolite và coban, KRICT đã cải thiện đáng kể tính chọn lọc đối với nhiên liệu lỏng thay vì các sản phẩm phụ rắn.
Đổi mới lò phản ứng vi mô và nhà máy thí điểm
Một cải tiến quan trọng của công trình này là việc ứng dụng lò phản ứng vi kênh. Việc sinh nhiệt quá mức trong quá trình tổng hợp nhiên liệu hàng không có thể làm hỏng chất xúc tác và làm giảm tính ổn định của quá trình. Lò phản ứng vi kênh do nhóm nghiên cứu phát triển có các lớp xen kẽ giữa chất xúc tác và kênh làm mát, cho phép tản nhiệt nhanh chóng và ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt.
Thông qua thiết kế tích hợp và mô-đun, thể tích lò phản ứng đã giảm tới một phần mười so với các hệ thống thông thường. Công suất sản xuất có thể được mở rộng đơn giản bằng cách thêm các mô-đun.
Để trình diễn, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một cơ sở thí điểm tích hợp tại một bãi rác ở Dalseong-gun, Daegu. Cơ sở này, có diện tích khoảng 100 mét vuông và tương đương với một ngôi nhà biệt lập hai tầng, đã sản xuất thành công 100 kg nhiên liệu hàng không bền vững mỗi ngày, đạt được độ chọn lọc nhiên liệu lỏng vượt quá 75%. Nhóm hiện đang tối ưu hóa các điều kiện vận hành dài hạn và tiếp tục nâng cao hiệu suất của chất xúc tác và lò phản ứng.
Thành tựu này chứng minh tiềm năng chuyển đổi khí thải sinh ra từ rác thải thực phẩm và bùn thải thành nhiên liệu hàng không có giá trị cao. Hơn nữa, nghiên cứu này cho thấy việc sản xuất nhiên liệu hàng không – trước đây chỉ giới hạn ở các nhà máy tập trung quy mô lớn – có thể được thực hiện tại các bãi chôn lấp địa phương hoặc các cơ sở xử lý chất thải nhỏ.
Do đó, công nghệ này được kỳ vọng sẽ góp phần thiết lập các hệ thống sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) phi tập trung và tăng cường khả năng cạnh tranh của ngành công nghiệp SAF Hàn Quốc.
Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng công trình này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo một công nghệ quy trình tích hợp chuyển đổi chất thải hữu cơ thành nhiên liệu có giá trị cao. Chủ tịch KRICT, ông Young-Kuk Lee, cho biết công nghệ này có tiềm năng lớn để trở thành một công nghệ chủ đạo.
Giải pháp tiêu biểu có khả năng đạt được cả mục tiêu trung hòa carbon và nền kinh tế tuần hoàn.
Thông tin thêm: Jae Jun Lim và cộng sự, Điều chỉnh chất xúc tác coban lưỡng chức trên zeolit để chuyển đổi trực tiếp khí tổng hợp thành nhiên liệu lỏng, ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c03696
SeongWoo Jeong và cộng sự, Nghiên cứu toàn diện về chất xúc tác lai gốc coban để sản xuất nhiên liệu lỏng chọn lọc thông qua tổng hợp Fischer–Tropsch, Fuel (2026). DOI: 10.1016/j.fuel.2025.136159
Thông tin tạp chí: ACS Catalysis
