Trong chương trình nghiên cứu được chính phủ Mỹ tài trợ với mục đích tìm kiếm các phương pháp mới để thu giữ phát thải CO2 của các nhà máy nhiệt điện đốt than, các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Rice (Mỹ) đã phát hiện có thể thu giữ CO2 một cách kinh tế hơn nhờ sử dụng “nhiệt thải” – hơi nước bậc năng lượng thấp mà không thể được sử dụng để sản xuất điện. Đây là một phát hiện quan trọng, vì thu giữ CO2 theo công nghệ thông thường hiện nay là quá trình tiêu hao nhiều năng lượng, có thể tiêu thụ đến một phần tư lượng hơi nước cao áp mà nhà máy điện sử dụng để sản xuất điện.
Theo các nhà nghiên cứu, đây là bước đi đầu tiên trong nỗ lực thực hiện quá trình thu giữ CO2 từ khí ống khói của các nhà máy nhiệt điện. Họ dự định sẽ giảm chi phí thu giữ CO2 bằng cách sử dụng một cột phản ứng tích hợp để tận dụng nhiệt thải hiệu quả hơn.
Ngày nay, các nhà máy nhiệt điện đốt than và khí thiên nhiên chiếm khoảng một nửa lượng CO2 mà con người thải vào khí quyển hàng năm. Vì vậy, những nhà máy này là những ứng viên đầu tiên cho công nghệ thu giữ CO2 kiểu mới. Các nhà máy này sử dụng hơi nước để vận hành các tuabin phát điện, tuy nhiên không phải tất cả các nguồn hơi nước trong nhà máy đều giống nhau. Một số dạng hơi nước không có đủ năng lượng để vận hành tuabin, nên thường được gọi là nhiệt thải, tuy đôi khi chúng cũng được sử dụng cho các mục đích khác trong nhà máy. Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học tại Đại học Rice đã phát hiện những trường hợp mà nguồn nhiệt thải này có thể được sử dụng để thu giữ CO2.
Nhưng sử dụng nhiệt thải chỉ là một ví dụ về nhiều phương pháp mà các nhà khoa học trong nhóm nghiên cứu nói trên tìm kiếm nhằm mục đích cải thiện công nghệ thu giữ CO2. Công nghệ này là quá trình hóa học gồm hai giai đoạn và đã được sử dụng từ nhiều thập niên nay để loại bỏ CO2 ra khỏi khí thiên nhiên. Ở giai đoạn đầu của quá trình này, khí thiên nhiên được bơm từ dưới lên trên một tháp thẳng đứng, trong khi đó dung dịch amin được cho chảy từ trên xuống dưới. Amin thu giữ CO2 và được tháo ra ngoài, còn khí thiên nhiên đã làm sạch được cho đi ra từ đỉnh tháp. Trong giai đoạn 2 của quá trình, amin nạp CO2 được phục hồi bằng cách gia nhiệt để đẩy CO2 ra.
Tuy nhiên, CO2 trong khí thiên nhiên thường có áp suất cao, trong khi đó CO2 phát thải của các nhà máy nhiệt điện chỉ ở áp suất bình thường. Ngoài ra, lượng CO2 phát thải của các nhà máy nhiệt điện cũng lớn hơn nhiều so với lượng CO2 cần tách ra từ khí thiên nhiên. Vì những lý do đó, quá trình amin phải được sắp xếp lại để các nhà máy nhiệt điện có thể thu giữ CO2 hiệu quả hơn.
Một thách thức quan trọng trong việc áp dụng quá trình amin 2 giai đoạn cho các nhà máy nhiệt điện là lượng nhiệt khá lớn cần để thu hồi amin trong giai đoạn 2 của quá trình. Áp dụng công nghệ xử lý bằng amin như hiện tại cho các nhà máy nhiệt điện là không khả thi, vì quá trình phục hồi amin sẽ tiêu tốn đến một phần tư lượng hơi cao áp mà bình thường vẫn được sử dụng để phát điện, do đó làm tăng chi phí sản xuất điện.
Theo ước tính của các nhà khoa học, nếu áp dụng công nghệ thu giữ CO2 hiện tại thì chi phí sản xuất điện sẽ tăng thêm 70-100%.
Để cải thiện hiệu quả kinh tế của việc thu giữ CO2 tại các nhà máy nhiệt điện, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice đã sử dụng gói phần mềm lập mô hình các quá trình trong công nghiệp hóa chất. Trong đó, một trong những yếu tố cần thử nghiệm là điều chỉnh công thức hóa học của dung dịch amin cho phù hợp với nhu cầu. Những biến số khác gồm có dạng phục hồi được sử dụng, kích thước và áp suất của thiết bị phản ứng hấp thụ CO2.
Các nhà nghiên cứu cho biết, những kết quả thu được ban đầu rất đáng khích lệ. Nghiên cứu của họ cho thấy hai thành phần then chốt của công nghệ mới là tối ưu hóa công thức amin và tối ưu hóa việc sử dụng nhiệt thải, hai yếu tố này có thể giúp giảm lượng hơi nước cao áp cần sử dụng cho quá trình thu giữ CO2 từ 35% xuống còn khoảng 25%.
Các nhà nghiên cứu đang thực hiện một số khảo sát tiếp theo nhằm mục đích phát triển và thử nghiệm các vật liệu kiểu mới cũng như cải tiến tháp tích hợp để tăng tiếp hiệu quả kinh tế của quá trình thu giữ CO2 bằng cách tăng hiệu quả của quá trình hấp thụ và giảm lượng tiêu hao hơi nước cao áp.
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
Nguồn: ScienceDaily
