Nhóm nhà khoa học và kỹ sư, do Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) của Bộ Năng lượng Mỹ thực hiện nghiên cứu này để khẳng định, quy trình đủ mạnh để xử lý nhiều loại nguyên liệu thô mà không bị hư hỏng.

John Holladay, nhà khoa học thuộc PNNL, đồng giám đốc Viện sản phẩm sinh học WSU-PNNL, cơ quan nghiên cứu hợp tác giữa PNNL và Đại học Bang Washington cho biết: "Dầu biocrude đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm bùn thải từ thành phố Detroit, chất thải thực phẩm, thu gom từ nhà tù và căn cứ quân đội,"

"Nghiên cứu cho thấy về cơ bản bất kỳ biocrude nào, bất kể nguồn thải ướt, đều có thể được sử dụng trong quy trình phân tích, chất xúc tác hoạt động mạnh mẽ trong suốt quá trình vận hành. Mặc dù đây chỉ là bước đầu tiên để chứng minh độ ổn định và bền vưng nhưng có ý nghĩa bước quan trọng."

Sự kiện quan trọng này lần đầu tiên được giới thiệu tại một hội nghị ảo , do NextGenRoadFuels, một tập đoàn châu Âu được tài trợ bởi Chương trình khung của EU về Nghiên cứu và Đổi mới tài trợ.

Thử nghiệm đặt mục tiêu giải quyết nhu cầu cấp thiết nhằm chuyển đổi biocrude, hỗn hợp các polyme gốc cacbon thành nhiên liệu sinh học. Trong thời gian tới, ngành năng lượng thế giới mong đợi rằng những sản phẩm nhiên liệu sinh học này được tinh chế hơn nữa, sau đó trộn với nhiên liệu gốc dầu mỏ, sử dụng để cung cấp năng lượng cho các phương tiện giao thông.

Michael Thorson, kỹ sư công nghệ sinh học, giám đốc dự án của PNNL cho biết: “Để ngành công nghiệp xem xét đầu tư vào nhiên liệu sinh học, chúng tôi cần những minh chứng thể hiện độ ổn định, bền vững và tính linh hoạt của quy trình chuyển hóa.

Biocrude thành nhiên liệu sinh học, sự chuyển đổi quan trọng

Chất thải ướt và thực phẩm thừa cung cấp nguyên liệu thô cho quá trình hóa lỏng thủy nhiệt, chuyển đổi các phân tử chứa carbon thành dầu biocrude lỏng. Biocrude qua quá trình thủy phân để sản xuất nhiên liệu.

Bước đầu tiên của quy trình, được gọi là hóa lỏng thủy nhiệt. Hóa lỏng thủy nhiệt là một quá trình khử trùng bằng nhiệt được sử dụng để chuyển đổi sinh khối ướt và các đại phân tử khác thành dầu thô ở nhiệt độ vừa phải và áp suất cao, đang được các nhóm nghiên cứu và kỹ sư PNNL tích cực hoàn thiện trong một số dự án thử nghiệm.

Dự án thử nghiệm giới thiệu công nghệ "Dặm cuối cùng" diễn ra tại Phòng thí nghiệm Sản phẩm Sinh học, Khoa học và Kỹ thuật trong khuôn viên Richland, Wash của trường Đại học Bang Washington Tri-Cities.

Trong 83 ngày, kỹ thuật viên lò phản ứng Miki Santosa và giám sát Senthil Subramaniam đã đưa dòng biocrude liên tục vào lò phản ứng được chuẩn bị cẩn thận và trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ.

Bước tiếp theo là quá trình hydrotreating (Khử lưu huỳnh bằng hydro là quá trình hóa học có sử dụng xúc tác để loại bỏ các tạp chất, chủ yếu là các hợp chất chứa lưu huỳnh), nhóm nghiên cứu đưa hydro vào quá trình xúc tác nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm lưu huỳnh và nitơ trong biocrude, tạo ra sản phẩm cuối dễ cháy là ankan chuỗi dài, loại nhiên liệu mong muốn được sử dụng trong động cơ các phương tiện vận tải.

Nhà hóa học Marie Swita phân tích sản phẩm nhiên liệu sinh học, đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn cung cấp cho các phương tiện vận tải.

Chuyển đổi carbon sang các mục đích sử dụng mới

Mục đích chính của dự án nghiên cứu này là để chứng minh rằng chất xúc tác thương mại có thể chịu được hàng nghìn giờ xử lý liên tục, cần thiết để biến nhiên liệu sinh học trở thành một yếu tố thực tế góp phần giảm lượng khí thải carbon trên thế giới.

Ông Thorson giải thích, sản phẩm nhiên liệu sinh học được sản xuất có chất lượng cao, không phụ thuộc vào nguồn biocrude, đây là yếu tố quan trọng đối với ngành công nghiệp, có thể xử lý biocrude từ nhiều nguồn khác nhau.

Quá trình vận chuyển biocrude đến cơ sở xử lý rất tốn kém do phải sử dụng các xe đặc chủng, các nhà lập mô hình sản xuất nhiên liệu sinh học đang xem xét những khu vực có thể tập kết rác thải nông thôn và thành thị từ nhiều nguồn khác nhau tại các trung tâm sản xuất nhiên liệu sinh học địa phương.

Ví dụ, nhóm nghiên cứu đánh giá những nguồn tài nguyên có sẵn trong bán kính 50 dặm từ Detroit, Michigan. Tại đó, các nguồn nguyên liệu thô sinh học tiềm năng bao gồm chất thải thực phẩm, bùn thải và chất thải dầu ăn.

Ở những khu vực mà rác thải thực phẩm có thể được thu gom và chuyển khỏi các bãi chôn lấp, giống như thu gom cho tái chế, một nhà máy chế biến có thể lớn gấp 10 lần so với những khu vực nông thôn và mang lại lợi ích rất lớn đối với mục tiêu giảm phát thải và chi phí cho nhiên liệu sinh học.

Nhiên liệu sinh học thương mại đang dần thành hiện thực

Những cột mốc quan trọng như số giờ hoạt động liên tục đang được theo dõi chặt chẽ bởi các nhóm nhà đầu tư ở Mỹ và Châu Âu. Các nhà khoa học đặt mục tiêu trung hòa khí hậu bắt đầu vào năm 2050 và giảm 55% lượng khí thải nhà kính năm 2030.

 “Một số dự án thử nghiệm ở châu Âu đang nhằm mục đích thương mại hóa quy trình này trong vài năm tới,” ông Holladay nói.

Những bước tiếp theo của nhóm nhà khoa học là thu thập nhiều nguồn biocrude hơn từ các dòng chất thải khác nhau, phân tích chất lượng đầu ra của nhiên liệu sinh học. PNNL sẽ hợp tác với một công ty quản lý chất thải thương mại để phân tích, đánh giá chất lượng chất thải từ nhiều nguồn khác.

Trong tương lai, dự án sẽ tạo ra một cơ sở dữ liệu các phát hiện từ những loại đất nhiễm chất thải và bùn thải khác nhau, có thể giúp quyết định phương hướng mở rộng quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học kinh tế và giá thành hạ.

Thorson cho biết: “Vì ít nhất 3/4 đầu vào và đầu ra của quá trình này là nước nên thành công cuối cùng là bất kỳ quy mô công nghiệp nào cũng cần phải có kế hoạch xử lý nước thải. Đây cũng là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực, với nhiều phương án khả thi có sẵn cho những cơ sở xử lý nước thải."

Văn phòng Công nghệ Năng lượng Sinh học của DOE đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ dự án này, cũng như những công nghệ cần thiết để nhiên liệu sinh học trở nên khả thi.

Nguồn: KH&ĐS