Theo ấn bản mới nhất của Báo cáo Triển vọng Khí đốt Toàn cầu 2050 của GECF, nhu cầu về khí tự nhiên dự kiến sẽ tăng 50%, từ 3.950 tỷ mét khối (bcm) vào năm 2019 lên 5.920 bcm vào năm 2050. Điều này cho thấy khí tự nhiên sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong nguồn cung năng lượng toàn cầu trong những năm tới.

Trong khi đó, các nhà sản xuất khí đốt coi khí tự nhiên là một thành phần chính của quá trình chuyển đổi năng lượng, đặc biệt là với hydro. Để đạt được các mục tiêu giảm phát thải dài hạn, hydro đang được xem xét như một nguồn nhiên liệu quan trọng giúp giảm thiểu carbon trên phạm vi toàn cầu.

Trong bối cảnh đó, amoniac xanh cũng đã nổi lên như một nguyên liệu quan trọng để thúc đẩy nền kinh tế phát thải thấp.

Vai trò của amoniac xanh trong chuyển đổi năng lượng

Năm 2021, GECF đã phát triển các kịch bản "Hydro" và "Trung hòa Carbon", trong đó đánh giá các con đường giảm phát thải của các tập đoàn năng lượng lớn, bao gồm hydro xanh, amoniac xanh và việc ứng dụng công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS).

Kết quả ban đầu cho thấy amoniac xanh có tiềm năng trở thành nhiên liệu trong ngành hàng hải và phát điện.

Các quốc gia thành viên của GECF có điều kiện thuận lợi để đảm bảo nguồn cung amoniac xanh bền vững. Hiện tại, amoniac đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của Trinidad và Tobago, với 11 nhà máy sản xuất amoniac có tổng công suất 5,2 triệu tấn/năm, giúp quốc gia này trở thành một trong những nhà xuất khẩu amoniac lớn nhất thế giới.

Ngoài ra, Nga và Nhật Bản đang lên kế hoạch nghiên cứu vận chuyển amoniac xanh từ Siberia, Nga sang Nhật Bản để sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện than. CO2 phát thải trong quá trình sản xuất sẽ được thu giữ và bơm vào các mỏ dầu tại Siberia để tăng cường thu hồi dầu.

Theo Hiệp hội Năng lượng Amoniac, sản lượng amoniac toàn cầu hiện đạt khoảng 200 triệu tấn/năm, trong đó 10% được giao dịch trên thị trường thế giới. Khoảng 98% amoniac được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, trong đó 72% sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu đầu vào.

Amoniac xanh và amoniac xanh

Amoniac có thể được phân loại thành:

• Amoniac xanh: Sản xuất từ khí tự nhiên, trong đó CO2 phát thải được thu giữ bằng công nghệ CCS/CCUS.
• Amoniac xanh: Sản xuất từ hydro tạo ra bằng phương pháp điện phân với năng lượng tái tạo.

Trong những năm gần đây, sản lượng khí tự nhiên và LNG ngày càng tăng đã giúp các nhà sản xuất khí mở rộng sản xuất amoniac xanh. Sự phát triển này phù hợp với mục tiêu toàn cầu về giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu chứa carbon.

Hiện tại, amoniac có lợi thế nhờ vào hệ thống người dùng rộng lớn, đặc biệt là trong sản xuất phân bón. Ngoài ra, cơ sở hạ tầng phát triển và các nhà máy sản xuất amoniac quy mô lớn trên toàn cầu giúp việc sản xuất trở nên khả thi hơn.

Hơn nữa, sự tiến bộ trong công nghệ động cơ tuabin đã mở rộng khả năng sử dụng amoniac, dù là đốt trực tiếp hay chuyển hóa thành hydro và nitơ để làm nguyên liệu công nghiệp.

So với hydro, amoniac có một số ưu điểm:

• Không cần làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp.
• Mật độ năng lượng cao hơn hydro lỏng, giúp vận chuyển và lưu trữ dễ dàng hơn.

Trong khi đó, một thách thức lớn đối với hydro là chi phí lưu trữ cao, yêu cầu độ tinh khiết cao và khó khăn trong vận chuyển.

Nhờ những lợi thế này, amoniac có thể trở thành một lựa chọn cạnh tranh để giảm phát thải carbon trong các ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng lớn, đặc biệt là trong phát điện và giao thông vận tải.

Tuy nhiên, amoniac cũng có một số hạn chế, chẳng hạn như:

• Tính độc hại và ăn mòn.
• Phát thải khí nitơ oxit (NOx) trong quá trình đốt.
• Khả năng cháy và hiệu suất đốt kém trong động cơ truyền thống, bao gồm nhiệt độ đánh lửa cao và tốc độ cháy chậm.
• Chi phí sản xuất amoniac xanh vẫn cao do cần vốn đầu tư lớn cho hệ thống điện phân hydro.

Amoniac xanh hỗ trợ giảm phát thải carbon

Trong ngành hàng hải, amoniac xanh đang được coi là một trong những nhiên liệu thay thế giúp giảm phát thải CO2.

Từ tháng 1 năm 2020, ngành vận tải biển buộc phải tuân thủ quy định hạn chế hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu hàng hải do Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đặt ra.

IMO đặt mục tiêu giảm 40% lượng khí nhà kính (GHG) vào năm 2030 và 70% vào năm 2050, so với mức năm 2008, hướng đến loại bỏ hoàn toàn phát thải gây hại.

Để đạt được mục tiêu này, nhu cầu về nhiên liệu thay thế đang gia tăng mạnh mẽ. Hiện nay, LNG là một trong những lựa chọn khả thi nhất, nhưng về dài hạn, amoniac xanh cũng được coi là một giải pháp quan trọng giúp ngành hàng hải đạt được các mục tiêu giảm phát thải của IMO.

Ngoài hàng hải, amoniac cũng có tiềm năng trong ngành phát điện, đặc biệt là tại Nhật Bản – quốc gia đang đẩy mạnh việc sử dụng amoniac để đạt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050.

Tháng 9 năm 2020, lô hàng amoniac xanh đầu tiên trên thế giới đã được vận chuyển từ Ả Rập Xê Út đến Nhật Bản để phục vụ phát điện.

Tại Ả Rập Xê Út, khí tự nhiên được sử dụng để sản xuất hydro, sau đó kết hợp với nitơ để tạo ra amoniac xanh. Lượng CO2 phát thải trong quá trình này đã được thu giữ và tái sử dụng trong sản xuất methanol và tăng cường thu hồi dầu (EOR).

Theo Viện Kinh tế Năng lượng Nhật Bản, amoniac xanh đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường để đạt được mục tiêu không phát thải carbon. Nhật Bản dự kiến sẽ sử dụng 30 triệu tấn amoniac xanh/năm để tạo ra 10% sản lượng điện của quốc gia này.

Bên cạnh đó, một ứng dụng tiềm năng khác của amoniac là nhiên liệu cho động cơ đốt trong truyền thống.

Kết luận

Amoniac có tiềm năng đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi hệ thống năng lượng toàn cầu, trở thành một nguồn năng lượng sạch hơn để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

Ngành điện, lĩnh vực có thể chứng kiến những thay đổi lớn nhất trong quá trình xanh hóa ngành năng lượng, sẽ hưởng lợi đáng kể từ việc sử dụng amoniac – dù là amoniac xanh hay xanh – để đáp ứng nghĩa vụ giảm phát thải.

Nguồn: https://power.nridigital.com/future_power_technology_jun21/blue_ammonia_clean_fuel