Sản xuất amoniăc – cơ sở cho sản xuất phân đạm – là một trong những thành tựu lớn nhất trong lịch sử nhân loại. Hơn 100 năm từ khi quá trình Haber-Bosch cho sản xuất amoniăc ra đời, nhiều cải tiến công nghệ đã giúp tăng mạnh hiệu quả năng lượng và giảm chi phí sản xuất của quá trình, nhờ đó sản phẩm phân đạm có thể được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp ở khắp các nơi trên thế giới. Phân đạm cũng như các loại phân bón khác đã góp phần quan trọng tăng sản lượng cây trồng, đảm bảo nguồn cung lương thực thực phẩm để nuôi sống hàng tỉ người, vì vậy có thể nói công nghệ Haber-Bosch là sáng chế đã giúp cứu sống nhiều người trên Trái Đất hơn so với bất cứ quy trình công nghệ nào khác.
Ngày nay, tiêu thụ năng lượng của quá trình Haber-Bosch đã tiến gần đến mức tối thiểu theo lý thuyết. Đây là thành công rất lớn, nhưng nó cũng có nghĩa là những nỗ lực tiếp theo để cải thiện hiệu quả năng lượng trong sản xuất amoniăc sẽ chỉ mang lại những kết quả không lớn.
Nhưng mặc dù đạt hiệu quả cao như vậy, các nhà máy sản xuất amoniăc hiện đang sử dụng hydro từ nguyên liệu hóa thạch và tạo ra hơn 1% phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu. Vì vậy, nhiều tổ chức khoa học và trung tâm nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm cách phát triển những quy trình sản xuất amoniăc xanh – tức là amoniăc được sản xuất hoàn toàn từ các nguồn nguyên liệu và năng lượng bền vững, trung tính về cacbon, ví dụ sinh khối hoặc nguồn điện có thể tái sinh.
Đối với các công ty sản xuất amoniăc ngày nay, việc đầu tư nghiên cứu sản xuất amoniăc xanh sẽ giúp đa dạng hóa công nghệ, tạo cơ hội giảm thiểu rủi ro phải chịu các biện pháp trừng phạt vì ô nhiễm môi trường trong tương lai. Bên cạnh đó cũng có nhiều lý do tích cực để theo đuổi sản xuất amoniăc xanh: sản phẩm đạt giá thị trường cao hơn, có thể đầu tư vào các mô hình sản xuất tại địa phương hoặc theo phương thức kinh tế tuần hoàn, tránh được sự dao động thất thường của thị trường dầu mỏ và khí đốt, giảm phụ thuộc vào nhập khẩu và xây dựng hoạt động sản xuất bền vững.
Công nghệ điện phân
Tuy các công nghệ thế hệ tiếp theo như công nghệ điện hóa, thiết bị quang xúc tác, công nghệ hạt nhân tiên tiến đang được phát triển, nhưng ngành sản xuất amoniăc cũng đang quay trở về với công nghệ điện phân để hướng tới tương lai.
Tất cả 4 công ty cung cấp công nghệ tổng hợp amoniăc hàng đầu hiện nay – KBR, ThyssenKrupp, Haldor Topsoe và Casale – đều đang có kế hoạch kết hợp chu trình tổng hợp amoniăc của mình với các thiết bị điện phân. Về phần mình, các nhà sản xuất thiết bị điện phân đã giảm chi phí đầu tư cho các hệ thống sản xuất amoniăc xanh nhờ tiến hành sản xuất quy mô lớn. Chi phí vận hành được dự báo sẽ tiếp tục giảm khi giá các nguồn điện tái sinh giảm tiếp.
Hiện nay, một số công ty sản xuất hóa chất trên thế giới đã giới thiệu các nhà máy sản xuất amoniăc xanh và thông qua đó tìm cách phát triển thị trường amoniăc xanh.
Tại Nhật Bản, một nhà máy pilot cho sản xuất amoniăc xanh đã bắt đầu hoạt động tại Fukushima vào tháng 4/2018. Dự án này là một phần trong kế hoạch của Hiệp hội amoniăc xanh – Hiệp hội đã ra mắt như một tổ chức khép kín vào tháng 7/2017 để chuẩn bị ra mắt chính thức toàn cầu vào tháng 4/2019. Các thành viên của Hiệp hội bao gồm những công ty lớn trong ngành như Mitsubishi Heavy Industries, IHI Corporation, Ube Industries, Mitsui Chemicals, Marubeni Corporation.
Tháng 6/2018, Công ty Siemens đã đưa vào vận hành dự án trình diễn sản xuất amoniăc xanh gần Oxford, Anh. Dự án này biểu thị sự kết hợp 3 công nghệ then chốt do Siemens sở hữu: tuabin gió, thiết bị điện phân, hệ thống làm mát bằng điện. Tháng 8/2018, công ty con của Siemens là Gamesa – nhà sản xuất tuabin gió lớn nhất thế giới – đã công bố kế hoạch vận hành nhà máy pilot sản xuất amoniăc xanh tại Đan Mạch. Theo cùng cách như amoniăc truyền thống là sản phẩm cuối dòng đối với các công ty sản xuất nhiên liệu hóa thạch ngày nay, amoniăc xanh sẽ trở thành sản phẩm giá trị gia tăng cho các công ty sản xuất điện trong tương lai.
Tháng 8/2018, Công ty OCP tại Marốc đã công bố ý định phát triển sản xuất hydro xanh và amoniăc xanh làm nguồn nguyên liệu bền vững cho sản xuất phân lân của mình. Kế hoạch của Công ty bao gồm việc xây dựng một nhà máy pilot ở Đức (đang xây dựng) và một nhà máy ở Marốc (sắp khởi công). OCP có những cam kết sâu sắc về phát triển bền vững và tuyên bố nói trên không phải là bất ngờ: Từ một số năm nay Công ty đã khảo sát chuỗi cung ứng tiềm năng đối với amoniăc xanh.
Công ty ThyssenKrupp hiện đang phát triển nhà máy pilot sản xuất amoniăc xanh tại Nam Ôxtrâylia. Là một trong những nhà cung cấp công nghệ tổng hợp amoniăc hàng đầu trên thế giới, Công ty đang dẫn đầu thị trường toàn cầu các nhà máy điện phân cho sản xuất clo. Tuy ThyssenKrupp có kế hoạch giới thiệu sự kết hợp của những công nghệ này ở thị trường Ôxtrâylia hấp dẫn, nhưng thị trường bản địa của Công ty tại Đức cũng mở ra một cơ hội khác: nhà máy amoniăc xanh sử dụng năng lượng gió của vùng bờ biển.
Hiện nay, amoniăc xanh vẫn chưa có sẵn ở mọi nơi. Nhưng tình hình đang thay đổi nhanh chóng khi mối quan tâm được khôi phục lại, nhiều nhà máy pilot được phát triển và thế hệ công nghệ tiếp theo ra đời. Đến năm 2030, amoniăc xanh có thể trở thành phương án thay thế ngày càng tăng cho amoniăc sản xuất từ nguyên liệu hóa thạch, qua đó giảm đáng kể phát thải CO2 của quá trình sản xuất phân đạm.
Hôm chủ nhật vừa rồi, công ty Saudi Aramco tuyên bố đã tạo ra thứ nhiên liệu sản xuất điện trên bằng việc chuyển đổi hydrocarbon thành hydro và amoniac, sau đó thu giữ toàn bộ phụ phẩm carbon dioxide xuất hiện sau phản ứng hóa học. Nhật Bản sẽ là nước đầu tiên nhập khẩu thứ amoniac xanh này, với khối lượng chuyến hàng lên tới 40 tấn.
Ta có thể đốt amoniac tại các nhà máy nhiệt điện mà không thải ra CO2. Điều này đồng nghĩa với việc ta có được phương thức sản xuất nhiệt điện sạch, hành trình đạt được một tương lai năng lượng vừa rẻ lại vừa sạch đã dễ hơn được chút ít.
Nhật Bản mong muốn trở thành ngọn cờ đầu trong việc sử dụng hydro, một trong những nguyên tố hiện hữu trong amoniac. Đồng ý với Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu, chính phủ Nhật Bản đặt mục tiêu giảm lượng khí thải nhà kính xuống mức 26% khi năm 2030 tới.
Amoniac xanh là nguyên liệu chính để sản xuất hydro xanh dương, một phiên bản nhiên liệu được làm từ nhiên liệu hóa thạch, thông qua một quá trình xử lý và thu giữ toàn bộ lượng phụ phẩm CO2. Hydro có nguồn gốc năng lượng sạch, không tạo ra khí thải được gọi là hydro xanh lá.
Đất Ả Rập Xê-út luôn đi kèm với tên gọi không chính thức “đất nước xuất khẩu dầu mỏ lớn nhất thế giới”, và họ mong muốn thay đổi điều đó trong mắt bạn bè quốc tế. Trong khoảng thời gian gần đây, Aramco tạo tiếng vang thông qua việc giảm thiểu lượng khí nhà kính thải ra trong quá trình bơm dầu thô, họ còn lên kế hoạch tăng cường sản xuất khí đốt và trồng rừng đước hấp thụ khí carbon.
Hồi tháng Bảy, công ty Air Products & Chemicals của Mỹ ký thỏa thuận với ACWA Power International, một công ty năng lượng của Ả Rập Xê-út, nhằm phát triển một nhà máy amoniac trị giá 5 tỷ USD được vận hành hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo.
Bên cạnh đó, công ty hóa chất Sabic (được Aramco nắm hầu hết cổ phần) và tập đoàn Mitsubishi đang tìm cách tối ưu hóa chặng đường vận chuyển amoniac xanh, nhằm hiện thực hóa dự án hợp tác với các công ty của Nhật Bản là tập đoàn kỹ thuật JGC, mảng công nghiệp nặng và mảng đóng tàu của Mitsubishi, tập đoàn hóa chất UBC.
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
