Chất xúc tác coban - mangan
Nhóm nghiên cứu, gồm cả các nhà khoa học từ Đại học Giao thông Thượng Hải và Viện Nghiên cứu Sơn Tây, cho biết việc kết hợp khí tổng hợp có nguồn gốc từ sinh khối gỗ với chất xúc tác coban - mangan đã giúp tổng hợp nhiên liệu bay “với hiệu suất rất cao”. Nghiên cứu cũng xây dựng các nguyên tắc thiết kế nhằm phá vỡ giới hạn về tính chọn lọc trong quá trình chuyển hóa khí tổng hợp.
Kết quả thử nghiệm thí điểm xuất sắc cùng các đánh giá kinh tế - kỹ thuật và vòng đời tích cực cho thấy tiềm năng mạnh mẽ của nó trong triển khai công nghiệp.
Ngoài sinh khối gỗ, chất xúc tác còn có thể xử lý nhiều loại khí tổng hợp “thực tế” khác nhau, mở ra khả năng tận dụng nhiều nguồn nguyên liệu phong phú.
Những con số ấn tượng
Theo bài báo khoa học, chất xúc tác mới đạt được những chỉ số vượt trội so với nhiều công nghệ trước đó.
- Tỷ lệ chuyển hóa carbon monoxide gần 83%.
- Tính chọn lọc đối với hydrocarbon trong dải nhiên liệu bay trên 67%, trong khi phần lớn chất xúc tác đã công bố chỉ dưới 50%.
- Sau thử nghiệm quy mô kilogram, nhóm đã hoàn thành thử nghiệm thí điểm công suất 1.000 tấn mỗi năm vào năm ngoái.
- Nhà máy 100.000 tấn mỗi năm dự kiến xây tại Lô Châu, tỉnh Tứ Xuyên, trước năm 2028.
Với 8.000 giờ vận hành mỗi năm, nhà máy được ước tính đạt doanh thu khoảng 302 triệu USD và lợi nhuận gộp khoảng 165 triệu USD, tương đương biên lợi nhuận gộp gần 55% theo dự báo của nhóm. Nguyên liệu sinh khối chiếm hơn một nửa chi phí vận hành, cho thấy chuỗi cung ứng sinh khối giá hợp lý là yếu tố sống còn.
Con đường Fischer-Tropsch
Có nhiều con đường hóa học để sản xuất nhiên liệu bay bền vững, trong đó có tổng hợp Fischer-Tropsch, chuyển hóa khí tổng hợp, hỗn hợp carbon monoxide và hydro, thành hydrocarbon trong dải nhiên liệu bay. Khí tổng hợp có thể được tạo ra từ quá trình khí hóa nhiều dạng sinh khối khác nhau.
Con đường này mang lại sự linh hoạt cao về nguyên liệu, hạ tầng công nghiệp đã hoàn thiện với khả năng mở rộng mạnh và khả năng sản xuất nhiên liệu hydrocarbon thay thế trực tiếp hoàn toàn.
Theo các nhà nghiên cứu, Fischer-Tropsch được kỳ vọng đóng vai trò then chốt trong mục tiêu nhiên liệu bay bền vững năm 2050.
Tuy nhiên, để ứng dụng quy mô lớn, cần những chất xúc tác hiệu quả hơn, và chất xúc tác mới được cho là đã khắc phục được sự đánh đổi lâu năm giữa hoạt tính và tính chọn lọc.
Bài toán chi phí của nhiên liệu xanh
Theo Bộ Năng lượng Mỹ, nhiên liệu bay bền vững được làm từ các nguyên liệu không phải nhiên liệu hóa thạch như rác thải đô thị, dầu ăn đã qua sử dụng và sinh khối, có thể pha trộn với nhiên liệu thông thường và giảm khoảng 80% lượng phát thải carbon trong vòng đời. Tuy nhiên, theo Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA), sản lượng năm nay dự kiến chỉ đạt 2,4 triệu tấn, tương đương 0,8% tổng lượng nhiên liệu bay tiêu thụ toàn cầu.
Nhiên liệu bay bền vững hiện đắt gấp nhiều lần nhiên liệu thông thường do công nghệ còn đang phát triển, nguyên liệu đắt và yêu cầu vốn đầu tư ban đầu lớn. Báo cáo tháng Sáu của IATA còn cho rằng tình trạng thiếu hụt và tăng giá nhiên liệu bay sau khi eo biển Hormuz bị phong tỏa có thể đã khác đi nếu đầu tư cho nhiên liệu bền vững được ưu tiên sớm hơn.
Cuộc đua nhiên liệu bay bền vững tại Trung Quốc
Nhóm của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc không phải là đơn vị duy nhất. Tháng Tám, một nhà máy thí điểm 1.000 tấn do Công ty Hóa chất Kim Tường Tái Thụy Tứ Xuyên và nhóm nghiên cứu Đại học Thanh Hoa phát triển đã vượt qua bài kiểm tra vận hành liên tục quan trọng, trở thành cơ sở đầu tiên trên thế giới sản xuất nhiên liệu bay bền vững bằng hydro hóa trực tiếp CO2 ở quy mô này.
Nhờ tái chế khí thải và thu hồi hydrocarbon, tỷ lệ sử dụng CO2 đạt 98%, mở đường cho một đơn vị trình diễn công nghiệp 10.000 tấn. Nhóm Thanh Hoa ước tính một nhà máy 100.000 tấn có thể thu hồi vốn đầu tư ban đầu trong khoảng hai năm rưỡi với giá nhiên liệu hiện nay.
