Thử nghiệm sản xuất điện bằng hydro và amoniac thay thế đốt than
Tại Nhật Bản, một trong những quốc gia sớm theo đuổi giải pháp amoniac xanh, theo Nikkei, chính phủ nước này đã công bố kế hoạch năng lượng cơ bản trong đó đưa sản xuất điện bằng hydro và amoniac vào cơ cấu nguồn điện quốc gia từ tháng 7/2021. Với bước đi này, hàng loạt doanh nghiệp trong ngành giao thông và công nghiệp của “đất nước mặt trời mọc” đang có kế hoạch xây dựng cơ sở hạ tầng mới, nhằm phù hợp quy trình sử dụng amoniac làm nhiên liệu.
Một số báo cáo đã đánh giá khả năng chuyển đổi nhiên liệu chính từ khí metan (CH4) sang amoniac cho các nhà máy là giải pháp khả thi. Đến nay, đã có nhiều doanh nghiệp Nhật Bản đầu tư thử nghiệm quy mô lớn nhằm tiến hành kiểm chứng khả năng đốt NH3 trong nhà máy nhiệt điện. Theo đó, quá trình này làm giảm thải CO2 của các nhà máy điện, làm cơ sở để phát triển khả năng đốt NH3 thay thế nhiên liệu hóa thạch.
Không như nhiên liệu hóa thạch, quá trình đốt NH3 không phát thải khí CO2 hoặc phát thải ít hơn đáng kể. Theo Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản, NH3 được xem như một giải pháp năng lượng khả thi trong bối cảnh đất nước vẫn đang lo ngại những hậu quả của năng lượng hạt nhân và chỉ có ít lựa chọn đối với năng lượng tái tạo. Việc đưa NH3 vào chính sách mới có thể khiến nhu cầu tiêu thụ NH3 hằng năm của Nhật Bản tăng gấp ba lần, lên đến bốn triệu tấn vào năm 2030. Theo Nikkei, đến năm 2050, nếu Nhật Bản chuyển đổi tất cả các nhà máy nhiệt điện đốt than sang sử dụng nhiên liệu NH3, tiêu thụ NH3 có thể đạt 30 triệu tấn/năm.
Đến nay, Nhật Bản chuẩn bị tiến hành thử nghiệm công nghệ đồng đốt than và amoniac với mục đích để duy trì hoạt động của các nhà máy nhiệt điện tại châu Á trong bối cảnh thế giới đang hướng tới mục tiêu giảm phát thải carbon. Đây là công nghệ thay thế amoniac cho một phần than được sử dụng làm nhiên liệu tại các nhà máy nhiệt điện nhằm mục đích giảm lượng khí thải carbon từ việc đốt than.
Công nghệ này sẽ tiến một bước gần hơn đến thực tế khi quá trình thử nghiệm được bắt đầu tại một nhà máy điện thương mại của Nhật Bản vào cuối tháng này. Công ty phát điện lớn nhất đất nước JERA và công ty kỹ thuật IHI đang chuẩn bị cho nỗ lực sản xuất điện đầu tiên trên thế giới bằng cách đốt hỗn hợp than và amoniac tại nhà máy than của JERA ở tỉnh Aichi, miền Trung Nhật Bản.
Lợi ích chính của công nghệ đồng đốt than và amoniac là tiềm năng cung cấp năng lượng sạch hơn trong khi vẫn tận dụng được các nhà máy đốt than hiện có. Nhật Bản hy vọng công nghệ nhiên liệu amoniac sẽ thu hút khách hàng ở các nước châu Á đang phát triển, vốn phụ thuộc vào các nhà máy điện than mới hơn so với các nước phương Tây, để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.
Amoniac hiện nay được sử dụng để làm phân bón hoặc cho mục đích công nghiệp, khi đốt cháy không thải ra carbon. JERA sẽ sử dụng amoniac thay cho than với tỷ lệ 20% amoniac cung cấp cho một trong năm máy phát điện tại nhà máy nhiệt điện Hekinan của JERA. Thí nghiệm này được coi là bước đệm để đạt được hỗn hợp than-amoniac 50% và cuối cùng là một nhà máy điện chỉ chạy bằng amoniac.
Amoniac xanh là năng lượng của tương lai
Theo số liệu của Hiệp hội Năng lượng Amoniac thế giới, gần 98% nguyên liệu để sản xuất NH3 có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, trong đó 72% sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu. Quá trình này phần lớn vẫn còn sử dụng công nghệ cũ, thải ra khí CO2 trong quá trình sản xuất. Song, ngành công nghiệp amoniac toàn cầu dự kiến sẽ tăng trưởng đáng kể, với công suất dự kiến sẽ tăng từ 238 triệu tấn mỗi năm vào năm 2022 lên mức đáng kể 311 triệu tấn mỗi năm vào năm 2030. Ở khu vực Bắc Mỹ, 26 nhà máy đang trong các giai đoạn quy hoạch và phát triển khác nhau. Mỹ có 21 dự án trong số này với tổng công suất 23,6 triệu tấn/năm.
Tại châu Âu, phần lớn các dự án gia tăng công suất NH3 được thực hiện ở Nga, với kế hoạch tăng thêm 8,7 triệu tấn vào năm 2030. Vốn đầu tư cho các nhà máy này của Nga ước tính hơn 8,5 tỷ USD. Báo cáo “Thị trường amoniac xanh châu Âu - Quy mô, thị phần, xu hướng, cơ hội và dự báo giai đoạn 2018-2028” công bố cuối năm ngoái, đã dự đoán thị trường NH3 xanh châu Âu sẽ có mức tăng trưởng đáng kể từ nay đến năm 2028.
Báo cáo đánh giá, bằng cách thay thế amoniac thông thường bằng amoniac xanh, Liên minh châu Âu (EU) có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon và giúp chống lại biến đổi khí hậu. Do đó, EU cũng đã nhận ra tiềm năng của amoniac xanh và đặt ra các mục tiêu đầy tham vọng nhằm tăng cường sản xuất và sử dụng loại nhiên liệu này. Kế hoạch về amoniac xanh của EU bao gồm hỗ trợ phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, như năng lượng gió và năng lượng mặt trời, được sử dụng cho quá trình điện phân tạo ra hydro để tổng hợp NH3. Tiếp đến là cung cấp kinh phí cho nghiên cứu và phát triển để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất amoniac xanh. Báo cáo đánh giá tiềm năng thị trường NH3 xanh ở châu Âu xếp theo mục đích sử dụng cuối cùng ưu tiên hai mục tiêu là nhằm sản xuất điện và vận tải, đứng trên cả nhu cầu làm phân bón cho nông nghiệp.
Đối với dự án thử nghiệm công nghệ đồng đốt than và amoniac của Nhật Bản, theo ông Katsuya Tanigawa, người đứng đầu nhà máy điện cho biết: “Chúng tôi sẽ bắt đầu thử nghiệm với 20% và bằng cách thiết lập công nghệ, hy vọng sẽ có bước đi vững chắc đầu tiên hướng tới việc biến các nhà máy nhiệt điện không thải ra CO2 thành hiện thực. Chúng tôi muốn đóng góp vào quá trình khử carbon toàn cầu bằng cách sử dụng công nghệ trong và ngoài nước, nơi cần có các nhà máy nhiệt điện.”
Tuy nhiên, theo ông Tanigawa, vẫn có một số thách thức như kiểm soát lượng khí thải oxit nitơ, một loại khí nhà kính khác sinh ra khi đốt cháy amoniac. Bên cạnh đó, amoniac cũng là loại nhiên liệu đắt tiền hơn so với các loại nhiên liệu thay thế thông thường. Theo JERA, thí nghiệm sẽ sử dụng amoniac "xám" được làm từ nhiên liệu hóa thạch và giá thành cao hơn than đá khoảng 2-3 lần.
Do đó, công nghệ này đã gặp khó khăn để có được sự hỗ trợ rộng rãi của quốc tế. Một số quan chức ở các nước phương Tây đã nhắc lại sự phản đối của các nhà bảo vệ môi trường rằng việc sử dụng amoniac làm nhiên liệu có thể kéo dài tuổi thọ của các nhà máy than cần được loại bỏ dần. Các nhà phê bình cũng đặt câu hỏi về mức độ khử carbon thực sự sẽ xảy ra khi than vẫn còn trong hỗn hợp nhiên liệu của các nhà máy vì CO2 vẫn sẽ thải ra khi đốt than./.
