Bắt tay nghiên cứu phát triển nhiên liệu sạch, GE và IHI gây bất ngờ với giải pháp từ amoniac
Nhật Bản là quốc gia có nền kinh tế phát triển cao, tuy nhiên, nguồn năng lượng của quốc gia này vẫn phụ thuộc vào việc nhập khẩu than, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên dưới dạng khí tự nhiên hóa lỏng. Liệu có cách nào nhập khẩu năng lượng sạch, không chỉ cho Nhật Bản mà toàn bộ châu Á? Câu trả lời rất bất ngờ: amoniac.
“Xã hội amoniac”
Một trong những nhà sản xuất lâu đời nhất của Nhật Bản, đứng đầu về công nghệ đốt amoniac, IHI Corp., đã ký biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược với GE nhằm phát triển công nghệ sử dụng amoniac làm nhiên liệu sạch. Mục tiêu là cho phép một số tuabin khí hiện có của GE đốt cháy an toàn 100% amoniac vào năm 2030 để giảm lượng khí thải cacbon. Điều này có thể dẫn đến một viễn cảnh được IHI mô tả là “xã hội amoniac”, nơi amoniac mang hydro dùng trong lưu trữ và cung cấp năng lượng sạch.
Tính đến nay, GE và IHI đã bắt tay hợp tác được hai năm trong việc nghiên cứu tính kinh tế của việc sử dụng amoniac làm nhiên liệu ở Nhật Bản. Được sử dụng nhiều làm phân bón trong nông nghiệp, các thành phần của amoniac - hydro và nitơ - hứa hẹn sẽ tạo ra nguồn nhiên liệu mới. Cách thức đang triển khai thử nghiệm là đốt khí trực tiếp trong tuabin để tạo ra điện, thay thế khí đốt tự nhiên. Để đạt được mục tiêu đó, GE và IHI đã có thỏa thuận vào tháng 1 năm nay về phát triển thêm gói trang bị thiết bị cho các tuabin khí công suất lớn 6F.03, 7F và 9F của GE, cho phép chúng đốt amoniac.
Việc chuyển đổi sang một loại nhiên liệu mới yêu cầu cấu hình lại các tuabin khí tự nhiên và tác động đến hệ sinh thái rộng lớn hơn bao quanh chúng. Jeff Goldmeer - Giám đốc Các Công nghệ Mới nổi của GE, một trong những danh mục kinh doanh năng lượng của GE Vernova, cho biết: “Tại General Electric, chúng tôi cung cấp toàn bộ hệ thống và nhà máy điện cho khách hàng. Vì thế, chúng tôi cần luôn đảm bảo rằng tất cả các hệ thống của nhà máy điện đều hoạt động với amoniac”.
Một giải pháp khác để sử dụng amoniac là biến chúng thành các chất mang năng lượng. Trong trường hợp này, amoniac sẽ được vận chuyển đến Nhật Bản và được đốt trực tiếp trong tuabin làm nhiên liệu. Hoặc hydro trong quá trình đó được “bẻ khóa”, tách ra, sau đó sử dụng để cung cấp năng lượng cho tuabin.
Trung thành với mục tiêu giảm thải cacbon
Ý tưởng của GE và IHI đối mặt với một vài thách thức. Thứ nhất, phí vận chuyển amoniac so với vận chuyển hydro là một vấn đề lớn. GE và IHI đã nghiên cứu và đưa ra kết luận: vận chuyển amoniac ít tốn kém hơn. Vận chuyển hydro yêu cầu chuyển đổi chất này thành dạng lỏng, tức là giảm nhiệt độ của nó xuống mức thấp nhất khoảng -250 độ C (-418 độ F). Goldmeer cho biết: “Hiện nay, chỉ có một con tàu duy nhất trên thế giới có thể vận chuyển hydro hóa lỏng và về cơ bản đó là con tàu được chế tạo để chuyên thực hiện nhiệm vụ này”.
Việc vận chuyển amoniac dễ dàng hơn nhờ việc chuyển đối chất này từ dạng khí sang dạng lỏng chỉ yêu cầu làm lạnh khoảng -30 độ C (-22 độ F). Ngoài ra, một mạng lưới vận chuyển amoniac trên toàn cầu cũng đã được thiết lập. Theo Goldmeer hiện đang có khoảng 15 đến 20 triệu tấn amoniac được vận chuyển trên khắp thế giới. Trong bối cảnh khí tự nhiên hóa lỏng phải được làm lạnh đến khoảng -162 độ C (-260 độ F), riêng Hoa Kỳ đã xuất khẩu khoảng 74 triệu tấn LNG vào năm 2022).
Thách thức lớn nhất hiện nay là việc tạo ra amoniac nhưng không thải ra nhiều cacbon. Theo một báo cáo kiểm tra tính kinh tế của việc sử dụng amoniac của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), sản xuất amoniac là một quy trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch, góp phần đáng kể vào lượng khí thải CO2, chiếm khoảng 1,3% tổng lượng khí thải trong lĩnh vực năng lượng. Một trong những vấn đề trọng tâm trong báo cáo của IEA là cách tạo ra amoniac bằng phương pháp điện phân hoặc nhiệt phân mêtan. Đây là hai phương pháp có khả năng sản xuất hydro với lượng khí thải cacbon thấp, do đó giảm cường độ cacbon của sản phẩm cuối cùng.
Mặc dù IEA cho biết các phương pháp thay thế này có thể tốn thêm từ 10% đến 100% cho mỗi tấn amoniac. Nhưng đối với các công nghệ khác, như sản xuất hydro thông qua phương pháp điện phân hay quá trình thu hồi và cô lập cacbon để tái tạo mêtan bằng hơi nước, cũng xảy ra những vấn đề tương tự. Goldmeer cho biết, câu hỏi đặt ra là loại nhiên liệu nào có thể vừa tạo ra ít hoặc không tạo ra cacbon trong quá trình đốt cháy, vừa mang lại chi phí vận chuyển thấp nhất. “Dựa trên những giả định mà chúng tôi đã sử dụng trong nghiên cứu, amoniac có thể là một lựa chọn phù hợp”, ông kết luận.
Goldmeer cũng chia sẻ rằng, còn có một bức tranh lớn hơn cần xem xét, đặc biệt là đối với GE, công ty đã hoạt động tại thị trường châu Á hơn một thế kỷ. Ông nói: “Nhật Bản là đại diện cho các quốc gia ở châu Á đang phụ thuộc vào việc nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch. Vì vậy, không chỉ Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc mà nhiều quốc gia tại châu Á quan tâm đến tiềm năng của các nguồn nhiên liệu thải cacbon thấp”.
Dựa trên những phân tích trên, amoniac dường như là một lựa chọn hợp lý.
Ảnh trên: Một trong những tuabin khí công suất lớn 7F của GE Gas Power. Nguồn: GE Gas Power