CHLB ĐỨC – Bằng việc sử dụng quy trình Indigo, viện hệ thống năng lượng mặt trời Fraunhofer ISE (Fraunhofer institute for solar energy systems) đã phát triển một phương pháp tổng hợp dimethyl ether (DME) (*) tiết kiệm năng lượng, giúp giảm hơn 25% chi phí. Dự án “Power-to-Medme” đã tiến hành phân tích quy trình sản xuất ở quy mô lớn tại Chile, một đối tác tiềm năng để Đức nhập khẩu hydro (dưới dạng DME) trong tương lai.
(*) Dimethyl ether: công thức hóa học là CH3OCH3, là hợp chất hữu cơ thuộc nhóm ether đơn giản nhất. Đây là một loại khí không màu, có mùi đặc trưng nhẹ, dễ hóa lỏng và hiện đang được xem là giải pháp đột phá trong ngành năng lượng sạch.

Nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và hoàn thành các mục tiêu bảo vệ khí hậu, CHLB Đức đã có kế hoạch nhập khẩu một lượng lớn hydro trong tương lai. Một chất dẫn năng lượng (carrier) (*) đầy hứa hẹn cho hydro và các dẫn xuất của nó là dimethyl ether (DME), một loại khí thân thiện với môi trường, không độc hại, hiệu quả và có sức hút về mặt kinh tế. Viện Fraunhofer ISE đã phát triển một quy trình tổng hợp mới đặc biệt tiết kiệm năng lượng để sản xuất loại khí này, điều có thể trở thành yếu tố thay đổi cục diện cho ngành sản xuất DME nói riêng và nền kinh tế hydro nói chung. Dựa trên cơ sở đó, dự án quốc tế “Power-to-Medme” đã nghiên cứu toàn bộ chuỗi quy trình sản xuất methanol và DME với quy mô lớn tại Chile.
(*) Carrier: là một dạng vật chất (hóa chất) hoặc hệ thống dùng để lưu trữ, vận chuyển và truyền tải năng lượng từ nguồn đến nơi tiêu thụ. Trong bối cảnh bài viết này, thay vì vận chuyển hydro ở dạng khí (rất cồng kềnh và dễ cháy nổ) hoặc dạng lỏng (cần nhiệt độ cực lạnh -253°C), quy trình mới đã đưa hydro vào trong phân tử DME để có thể vận chuyển đi xa một cách dễ dàng.

“Dimethyl ether là người hùng thầm lặng của nền kinh tế hydro”
Tiến sĩ Elias Frei, Trưởng bộ phận hydro tại viện Fraunhofer ISE, nói rằng: “Dimethyl ether là người hùng thầm lặng của nền kinh tế hydro, không chỉ bởi nó có mật độ năng lượng theo thể tích cao hơn đáng kể so với amoniac (vốn là chất được sử dụng phổ biến nhất từ trước đến nay), do đó là một giải pháp lý tưởng cho việc vận chuyển. Với vai trò là một phân tử nền tảng, nó còn phục vụ như một giải pháp thay thế tái tạo cho các nguyên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực như công nghiệp hóa chất và vận tải”. Dựa trên những kết quả nghiên cứu hiện tại, viện đặt mục tiêu thúc đẩy các ứng dụng DME mới và phát triển thị trường trong một lĩnh vực nghiên cứu ưu tiên mới, với sự hợp tác của các đối tác công nghiệp.

Thị trường DME sẽ tăng trưởng gấp nhiều lần
Thị trường DME, đã đạt mức hơn 5 triệu tấn mỗi năm, sẽ tăng trưởng gấp nhiều lần nhờ các ứng dụng mới, như pha trộn vào khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG – liquefied petroleum gas), và làm phân tử nền tảng cho nhiên liệu. Tiến sĩ Achim Schaadt, Trưởng bộ phận sản phẩm tổng hợp bền vững, chia sẻ: “Thị trường LPG toàn cầu đạt gần 200 triệu tấn mỗi năm. Thêm vào đó, thị trường sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững ước tính sẽ đạt tới 400 triệu tấn mỗi năm vào năm 2050. Điều này chứng minh tiềm năng to lớn của DME”.

Quy trình mới giúp cách mạng hóa việc sản xuất
DME không phải là một loại khí mới hoàn toán: DME thường được biết đến với vai trò là chất đẩy trong các bình xịt khử mùi, và nó cũng đã được sử dụng làm dung môi cũng như môi chất lạnh. Tuy nhiên, DME hiện đang được sản xuất thông qua một quy trình phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng, điều này làm giảm hiệu suất tổng thể của việc chuyển đổi năng lượng tái tạo thành DME. Đây chính là điểm đột phá của quy trình Indigo được phát triển tại viện Fraunhofer ISE: bằng cách kết hợp giữa phương pháp tổng hợp và chưng cất, quy trình này được đơn giản hóa đáng kể, giúp tăng hiệu suất và giảm hơn 25% chi phí so với quy trình tổng hợp DME truyền thống. Quy trình này đòi hỏi ít năng lượng hơn vì lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng được dẫn trực tiếp vào trụ chưng cất với đặc tính là một quy trình năng lượng thấp, nó đặc biệt phù hợp cho các khu vực thôn quê. Tại quốc gia nhập khẩu, DME sau đó có thể được tách thành hydro với hiệu suất tối đa, ví dụ thông qua quá trình cải biến bằng hơi nước (steam reforming) (1). Dự án nghiên cứu “Power-to-Medme” đã chứng minh rằng trong cả sáu trường hợp được phân tích, quy trình Indigo đều mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Công cụ phần mềm chuyên dụng Syn2X được sử dụng để mô phỏng các bước sản xuất và chuỗi quy trình. Điều này cho phép mô hình hóa hoạt động của hệ thống, không chỉ chạy ở một mức cố định mà được mô phỏng trong trạng thái thay đổi liên tục, có khả năng vận hành non tải (partial-load-capable) (2), từ đó thu được các dữ liệu vận hành thực tế trong điều kiện tải dao động (fluctuating load).
(1) Steam reforming: Là một phương pháp sản xuất hydro phổ biến hiện nay. Phương pháp này sử dụng khí tự nhiên phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao để tạo ra hydro.
(2) Partial-load-capable: Các nhà máy truyền thống thường phải chạy 100% công suất mới hiệu quả. Tuy nhiên, vì quy trình này dùng năng lượng tái tạo (như điện gió, điện mặt trời vốn lúc mạnh lúc yếu), nhà máy phải có khả năng chạy công suất thấp khi ít điện và chạy công suất cao khi nắng to/ gió lớn mà không bị hỏng hóc hay mất hiệu suất.

Kế hoạch sản xuất DME tại Chile
Dự án nghiên cứu quốc tế “Power-to-Medme” nhằm mục tiêu khai thác tiềm năng sản xuất các chất dẫn năng lượng trung hòa CO2 của Chile bằng các quy trình Indigo mới. Các điều kiện tiên quyết cho mục tiêu này đã được thiết lập trong kế hoạch của dự án. Bước tiếp theo sẽ là việc xây dựng một nhà máy thí điểm để sản xuất methanol xanh và DME ở quy mô megawatt. Nhóm nghiên cứu đang hỗ trợ dự án này thông qua việc phân tích tất cả các bước trong quy trình, cũng như phát triển và thử nghiệm vật liệu. Mục tiêu cốt lõi là tiếp tục giảm chi phí bằng cách nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa việc tích hợp các quy trình đơn lẻ khác nhau. 

Sử dụng điện hiệu quả hơn và tạo ra giá trị tại địa phương
Viện Fraunhofer ISE đã tiến hành phân tích thực địa để xác định những địa điểm tại Chile đặc biệt phù hợp cho việc phát triển điện tái tạo và thiết lập các nhà máy sản xuất dẫn xuất hydro xanh với quy mô lớn. Theo kết quả phân tích, khu vực Antofagasta ở phía bắc Chile cho thấy tiềm năng rất lớn, do nơi đây đã tạo ra lượng điện mặt trời dư thừa cao (từ quang điện và năng lượng nhiệt mặt trời tập trung – concentrated solar thermal energy*) đến mức việc truyền tải vào lưới điện phải bị cắt giảm. Ông Robert Szolak, Trưởng bộ phận sản phẩm tổng hợp bền vững, nói rằng: “Bên cạnh việc sử dụng điện hiệu quả hơn và tạo ra giá trị kinh tế tại địa phương, dự án còn đóng góp vào sự phát triển của khu vực thông qua công nghệ của Đức và việc chuyển giao bí quyết kỹ thuật”.
(*) Concentrated solar thermal energy (CSP): là một công nghệ sử dụng hệ thống gương hoặc thấu kính để tập trung một diện tích lớn ánh sáng mặt trời vào một khu vực nhỏ (thường là một đường ống hoặc một tháp trung tâm). Khác với pin năng lượng mặt trời chuyển ánh sáng trực tiếp thành điện năng, công nghệ CSP chuyển ánh sáng thành nhiệt năng, sau đó mới dùng nhiệt đó để sản xuất điện.

Để xem các tin bài khác về “Hydro xanh”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net