zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Hóa học xúc tác trước cơ hội và thách thức chuyển đổi năng lượng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Hóa học xúc tác trước cơ hội và thách thức chuyển đổi năng lượng" tìm hiểu quá trình xúc tác và hấp thụ quá trình chuyển hóa hóa học và lý - hóa, tạo ra các sản phẩm đóng vai trò thiết yếu cho nhu cầu xã hội, trong đó có các sản phẩm tạo ra năng lượng và các quá trình nhằm bảo vệ môi trường (làm sạch môi trường, tạo ra sản phẩm thân thiện môi trường…). Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài viết tại đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hóa học xúc tác trước cơ hội và thách thức chuyển đổi năng lượng

Diễn đàn Khoa học và Công nghệ Hóa học xúc tác trước cơ hội và thách thức chuyển đổi năng lượng GS.TSKH Hồ Sĩ Thoảng, GS.TSKH Lưu Cẩm Lộc Hội Khoa học, Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam Xúc tác và hấp phụ là 2 lĩnh vực khoa học và công nghệ (KH&CN) có tính nền tảng cho các quá trình chuyển hóa hóa học và lý - hóa, tạo ra các sản phẩm đóng vai trò thiết yếu cho nhu cầu xã hội, trong đó có các sản phẩm tạo ra năng lượng và các quá trình nhằm bảo vệ môi trường (làm sạch môi trường, tạo ra sản phẩm thân thiện môi trường…). Trách nhiệm đặt ra đối với giới KH&CN xúc tác - hấp phụ hiện nay là cần phải tập trung trí tuệ và sức lực vào những hướng nghiên cứu nhằm đáp ứng yêu cầu giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu do sự gia tăng hàm lượng CO2 trong khí quyển gây ra và góp phần làm sạch môi trường. Bài toán năng lượng sạch CO2 nhưng được bù lại bằng quá NLSH được sản xuất cho đến nay trình tái tạo (quang hợp) đang là thuộc thế hệ thứ nhất, bao gồm Hiện nay thách thức năng thách thức hết sức cấp bách đối bioethanol và biodiesel là những lượng của thế giới không phải là với giới nghiên cứu KH&CN cũng sản phẩm được sản xuất chủ yếu thiếu, bởi vì trữ lượng xác minh như giới doanh nghiệp. Những từ những nguyên liệu ăn được (nghĩa là trữ lượng khai thác năm gần đây, sự đóng góp của (mía, sắn, ngô…; dầu thực vật, mỡ được) dầu, khí và than vẫn tăng các dạng năng lượng tái tạo trong động vật…). Nguồn cung những hàng năm, không tính sản lượng cân bằng năng lượng toàn cầu nguyên liệu này bị giới hạn bởi được khai thác. Năm 2020, sản tăng trưởng đáng kể. Từ năm nhu cầu lương thực - thực phẩm lượng dầu được khai thác là 2010 đến 2020, công suất năng (tranh chấp sản phẩm hoặc tranh 4,2 tỷ tấn/244 tỷ tấn trữ lượng, lượng tái tạo (chủ yếu là điện chấp đất đai canh tác). Việc sản còn khí thiên nhiên là 3.853 tỷ gió, điện mặt trời và NLSH) tăng xuất NLSH từ sinh khối thuộc các m3/188.000 tỷ m3 trữ lượng (sản hơn 4 lần, từ khoảng 750 lên trên thế hệ tiếp theo cũng như những lượng than được khai thác hàng 3.150 terawatt/giờ, tuy nhiên, còn dạng năng lượng tái tạo khác năm chỉ xấp xỉ 1% trữ lượng). chiếm tỷ lệ khá khiêm tốn trong đang là bài toán lớn đối với các Trong khi đó, phát thải CO2 toàn tổng cân bằng năng lượng toàn nhà khoa học và doanh nghiệp. cầu có nguồn gốc từ than, dầu cầu. Trong tổng công suất năng Giá thành sản phẩm năng lượng và khí đã vượt 34 tỷ tấn/năm1. lượng tái tạo, NLSH (chủ yếu là tái tạo tuy giảm dần nhưng vẫn Phát thải CO2 vẫn đang tăng tốc, xăng sinh học và diesel sinh học) còn kém cạnh tranh so với giá vượt xa những dự báo trước đây. mới đạt khoảng 420 terawatt/giờ sản phẩm dầu khí là nguyên nhân Chính vì vậy, yêu cầu chuyển đổi (chưa đến 100 triệu tấn tương làm chậm quá trình phát triển dần các dạng năng lượng trên đương sản phẩm dầu). Trong các dạng năng lượng này. Ngoài cơ sở nhiên liệu hóa thạch sang khi đóng góp của năng lượng ra, giá dầu và khí lên xuống bất các dạng năng lượng không gây mặt trời và năng lượng gió tăng thường với biên độ có khi rất lớn phát thải CO2 hoặc nhiên liệu nhanh, tốc độ tăng sản lượng cũng là nguyên nhân không thể sinh học (NLSH) có phát thải NLSH chậm hơn nhiều và đang không tính đến. Mặc dù vậy, với 1 Số liệu thống kê của Tập đoàn Dầu khí BP có xu thế chững lại. Điều này hiện tượng biến đổi khí hậu hiện (Vương quốc Anh năm 2022). có thể được lý giải là phần lớn hữu, nhân loại không thể tiếp tục 22 Số 10 năm 2022
Diễn đàn Khoa học và Công nghệ chần chừ trong việc chuyển đổi năng lượng dù phải trả một cái giá không rẻ. Nhưng cơ hội có lẽ đã đến khi các quốc gia công nghiệp phát triển và các tập đoàn năng lượng lớn đều nhận định là hiện nay giá thành năng lượng tái tạo phần lớn đã trở nên cạnh tranh, nếu giá dầu và khí không quá thấp (ví dụ, giá dầu dưới 40-50 USD/thùng); đồng thời giá thành các dạng năng lượng tái tạo còn tiếp tục giảm. Đóng góp cho quá trình chuyển đổi năng lượng ở Việt Nam Như đã trình bày ở trên, NLSH thất bại, tuy nhiên nó cũng cho không chứa oxy (cho các động cơ là lĩnh vực đã được nghiên cứu, chúng ta những bài học đáng giá. công suất cao như động cơ máy sản xuất và sử dụng ở nhiều nước Theo quan điểm của chúng tôi, bay), quy trình Ecofining áp dụng trên thế giới trong khoảng 20 năm việc sản xuất bioethanol thế hệ quá trình xúc tác hydrodeoxy hóa qua. So với nhiên liệu hóa thạch, thứ nhất nếu tiếp tục sẽ không (nếu để sản xuất xăng cần kết NLSH phát thải CO2 ít hơn và hầu khả thi, trong khi trên thế giới hợp với quá trình đồng phân hóa) như không phát thải các hợp chất phần lớn các công ty đều chuyển đã được phát kiến để chuyển hóa chứa lưu huỳnh hay nitơ, nhưng sang sản xuất bioethanol thế hệ trực tiếp dầu thực vật đến sản điều quan trọng hơn là phát thải thứ hai (từ phế thải nông nghiệp). phẩm cuối cùng. Ở Việt Nam, CO2 sau đó lại được quá trình các nhóm nghiên cứu ở Trường Nhiều công ty đã xây dựng nhà quang hợp của thực vật hấp thụ Đại học Bách khoa Hà Nội máy sản xuất bioethanol (phần để tạo ra sinh khối mới. Nhược (GS.TS Đinh Thị Ngọ), Viện lớn từ phế thải ngô) với quy mô điểm của NLSH là nhiệt trị thấp Hóa học Công nghiệp Việt Nam khác nhau, có nhà máy đạt công (do có chứa oxy), riêng đối với (GS.TS Vũ Thị Thu Hà) đã thực suất hàng chục ngàn tấn/năm. xăng pha bioethanol còn nhược hiện quá trình trans-ester trên Trở ngại lớn nhất của việc sản điểm nữa là độ hút ẩm cao hơn các hệ xúc tác dị thể rất đa dạng xuất bioethanol từ phế thải nông xăng thông thường. Ở Việt Nam, (các chất xúc tác được biến tính nghiệp (bằng phương pháp thủy Nhà nước đã có chủ trương phát trên cơ sở các zeolite tổng hợp, phân + lên men) là sự phân tán triển NLSH, tuy nhiên do những TiO2, Al2O3, hydrotalcite MgO, nguyên liệu làm tăng giá thành trở ngại và khó khăn khác nhau, MOx…) là những hệ có tính acid đầu vào. kết quả còn rất hạn chế. Các hoặc tính base, hoặc lưỡng tính. nhà máy sản xuất bioethanol từ Việc sản xuất biodiesel đã được Trên cơ sở khảo sát có hệ thống nguyên liệu sắn (NLSH thế hệ nhiều công ty năng lượng trên thế quá trình trans-ester hóa các loại thứ nhất) đều gặp khó khăn và giới triển khai thông qua quá trình acid béo và các triglyceride (dầu hầu như chỉ còn vài cơ sở sản trans-ester hóa các loại dầu thực thực vật ăn được hoặc không ăn xuất với sản lượng không đáng vật, sản phẩm đã được sử dụng được, mỡ động vật, dầu/mỡ phế kể. Rất tiếc, phải coi đây là một rộng rãi. Để nhận được nhiên liệu thải), các tác giả đã tìm được 23 Số 10 năm 2022
Diễn đàn Khoa học và Công nghệ những hệ xúc tác có năng suất phú ở nước ta để nhận được dầu 1994) đưa ra từ những năm 90 cao. Một số chất xúc tác được sinh học (bio-oil). Về nguyên lý, của thế kỷ XX và đến năm 2006 phát kiến có hoạt tính rất cao tất cả các dạng sinh khối đều có ông đã trình bày đầy đủ ý tưởng so với các xúc tác truyền thống, thể được chuyển hóa thành dầu “Nền kinh tế Methanol - Methanol cho phép thực hiện phản ứng ở sinh học bằng quá trình nhiệt - Economy” với việc lấy CO2 - sản nhiệt độ khá thấp với hiệu suất xúc tác, tuy nhiên, hiệu quả kinh phẩm của sự đốt cháy nhiên chuyển hóa cao, hứa hẹn có tính tế sẽ khác nhau tùy thuộc vào liệu quay trở lại làm nguyên liệu khả thi nếu được triển khai ở quy độ khó chuyển hóa của nguyên ban đầu để sản xuất nhiên liệu. mô công nghiệp. Những kết quả liệu. Các kết quả đạt được chứng Methanol nhận được có thể dễ nghiên cứu xúc tác và công nghệ tỏ, các phế thải nông nghiệp kể dàng chuyển hóa thành các loại của các tác giả nêu trên đang cần trên đều có thể được chuyển hóa nhiên liệu (hydrocarbon, dimethyl được tổ chức triển khai ở quy mô thành dầu sinh học với hiệu suất ether…) hoặc các hóa phẩm thông lớn. Đây chính là khâu khó nhất, khác nhau không quá lớn (đều từ dụng thông qua những phản ứng cần sự liên kết và hợp tác chặt 50% trở lên); dầu sinh học nhận kinh điển trong công nghiệp hóa chẽ giữa các nhà khoa học với được đáp ứng các tiêu chuẩn chất. Hiện nay, nguồn CO2 từ doanh nghiệp, cùng sự hỗ trợ của nhiên liệu đốt lò cải tiến Hoa Kỳ các nhà máy điện và nhà máy xi Nhà nước thông qua các chính ASTM D7544-12. Quá trình này măng khá dồi dào, tuy nhiên, việc sách về tổ chức, tài chính. Về đã đạt được quy mô pilot 5 kg/giờ; lấy CO2 từ khí quyển cũng hoàn mặt kỹ thuật, trở ngại hiện nay đối sản phẩm dầu sinh học đã được toàn khả thi. Thời gian qua, hướng với việc thương mại hóa các quá thử nghiệm làm nhiên liệu cho nghiên cứu này đã được triển trình sản xuất biodiesel sinh học máy móc nông nghiệp ở một số khai rất mạnh trên thế giới; nhiều là nguồn nguyên liệu. Các loại hợp tác xã, giá thành sản phẩm hệ xúc tác dị thể và cả đồng thể dầu mỡ ăn được chưa sẵn sàng có tính cạnh tranh. Dầu sinh học (phức) có hoạt tính cao đã được cho sản xuất nhiên liệu, trong khi cũng đã được nhóm nghiên cứu tìm thấy. Ở Việt Nam, Viện Dầu khí đối với các loại dầu thực vật khác tiến hành loại bỏ oxy bằng phản Việt Nam (TS Lê Phúc Nguyên), hầu như chưa có nguồn nguyên ứng hydrodeoxy hóa trên các hệ Trường Đại học Bách Khoa Hà liệu tập trung đáng kể, dù nước ta xúc tác oxide NiMo và CoMo và Nội (GS.TS Đinh Thị Ngọ), Viện có khá nhiều loại cây có dầu (chủ đã tìm được hệ xúc tác tốt nhất. Công nghệ Hóa học (GS.TSKH trương phát triển cây Jatropha Tuy nhiên, khó khăn chung của Lưu Cẩm Lộc) cũng đã tiến hành một thời khá rầm rộ nhưng không các quá trình sản xuất NLSH thế nghiên cứu phản ứng này trên 2 thấy tiến triển). hệ thứ hai từ sinh khối (chủ yếu lĩnh vực: chất xúc tác và quy trình là phế thải nông - lâm nghiệp) là công nghệ và đã đạt được những Một phương pháp sản xuất nguồn nguyên liệu phân tán. Ý kết quả rất khích lệ. Một số chất NLSH thế hệ thứ hai khác là tưởng trồng rừng lấy nguyên liệu xúc tác đa thành phần hiệu năng chuyển hóa các dạng sinh khối đã được nhiều quốc gia trên thế cao (tương đương hoặc có hoạt thông qua quá trình nhiệt - xúc giới đề xuất đang tỏ ra hấp dẫn, tính cao hơn những chất xúc tác tác. Ở Viện Dầu khí Việt Nam (TS bởi vì nguồn nguyên liệu phế thải được công bố) cho phép thực Phan Minh Quốc Bình và các đồng nông - lâm nghiệp cũng không hiện phản ứng ở áp suất vừa phải nghiệp) đã triển khai chương trình phải dồi dào để bảo đảm lâu dài đã được tìm thấy. Phương pháp nghiên cứu nhiệt phân nhanh trên cho nhu cầu NLSH trong tương lai. các hệ xúc tác rắn khác nhau một sử dụng bình phản ứng màng để số phế thải nông nghiệp (rơm rạ, Ý tưởng coi methanol là chất nâng cao độ chuyển hóa đã được trấu, bã mía, lõi ngô) là những mang năng lượng được GS phát kiến và đăng ký bằng sáng nguồn nguyên liệu khá phong G. Olah (Giải Nobel Hóa học năm chế quốc tế. Tuy nhiên, nếu 2 lĩnh 24 Số 10 năm 2022
Diễn đàn Khoa học và Công nghệ vực chất xúc tác và công nghệ quy mô nhỏ hơn như địa nhiệt, sản xuất hydro thông qua quang cho quá trình hydro hóa CO2 đã thủy triều…, hydro sẽ đóng vai trò xúc tác phân ly nước đang phát đạt được những tiến bộ đáng kể, rất quan trọng. Thế giới đang kỳ triển, nhưng kết quả chưa nhiều. thì thách thức lớn nhất là nguồn vọng giá thành năng lượng mặt Có thể nói, nghiên cứu khoa hydro. Bản thân hydro cũng là trời và năng lượng gió sẽ giảm dần học ở Việt Nam hướng tới mục một nhiên liệu. Ý tưởng “Nền kinh để đáp ứng được việc sản xuất tiêu chuyển đổi năng lượng đã tế hydro - Hydrogen Economy” hydro bằng phương pháp điện được triển khai, tuy chưa bao đã được GS L. Jones đưa ra từ phân với giá thành hydro chấp quát hết các lĩnh vực, nhưng đã năm 1970. Tuy nhiên, do những nhận được. Điều đó đang trở nên đạt được những thành tựu ấn thách thức không nhỏ (lưu trữ, vận khả thi, tuy nhiên 2 dạng năng tượng, thậm chí có những lĩnh chuyển) trong sử dụng hydro làm lượng này cũng có những thách vực ngang tầm khu vực và thế nhiên liệu, mãi đến những năm thức nhất định. Đối với các nhà giới. Mặc dù vậy, việc thương mại gần đây, trong xu thế chuyển đổi hóa học Việt Nam nói chung và hóa các kết quả nghiên cứu còn năng lượng, hydro mới lại được những người nghiên cứu xúc tác hết sức hạn chế, chỉ giới hạn ở “phục hưng”. Với những tiến bộ nói riêng, hydro sẽ là một trong quy mô pilot hoặc sản xuất nhỏ lẻ về kỹ thuật và công nghệ, những những lĩnh vực nghiên cứu quan để “nuôi” phòng thí nghiệm trong thách thức đối với việc sử dụng trọng về khoa học có tính thời sự cơ chế tự chủ tài chính. Ngoài hydro về cơ bản có thể được vượt bức thiết. Trước mắt có thể cần những hạn chế khách quan, khâu qua. Hydro là nhiên liệu lý tưởng, nghiên cứu sản xuất “hydro lam”, yếu nhất và cố hữu hiện nay là sự bởi vì khi đốt cháy chỉ cho nước. tức hydro từ nguyên liệu hóa liên kết và hợp tác giữa khoa học Hydro cũng là nguyên liệu cho thạch bằng những quá trình xúc và sản xuất cùng với việc thiếu các loại pin nhiên liệu cung cấp tác ít phát thải CO2. Hydro từ các những chủ trương và quyết sách điện cho các đối tượng có quy mô hóa phẩm khác như methanol cụ thể của các cơ quan quản lý. khác nhau. Nhóm nghiên cứu tại (từ khí tổng hợp), ammoniac… đã Quỹ phát triển KH&CN của nhiều Viện Hóa học Công nghiệp Việt được các công ty năng lượng trên doanh nghiệp không sử dụng Nam (GS.TS Vũ Thị Thu Hà) đã thế giới quan tâm. Sản xuất hydro hết, nhưng để thai nghén dự án đạt được những kết quả rất đáng từ sinh khối thông qua các quá pilot cho một công trình nghiên khích lệ trong nghiên cứu sử trình khí hóa cũng là một lối đi đã cứu là chuyện rất khó khăn, đặc dụng vật liệu nano trên cơ sở xúc được thực nghiệm xác minh là có biệt là ở doanh nghiệp nhà nước. tác Pt/graphene biến tính trong tính khả thi so với đi từ khí thiên Hy vọng rằng, Nghị quyết số 55 pin nhiên liệu thông qua quá trình nhiên. Nước là nguồn cung cấp của Bộ chính trị năm 20202 sẽ oxy hóa trực tiếp alcohol (ví dụ hydro vô hạn, vì vậy các phương được triển khai đồng bộ và quyết methanol) ở nhiệt độ thấp, thân pháp sử dụng nước như một liệt để cuộc cách mạng chuyển thiện môi trường với mức độ phát (hoặc một trong những) nguyên đổi năng lượng, trong đó có các thải hầu như bằng không. liệu ban đầu để sản xuất hydro nội dung liên quan đến các dạng Như vậy, hydro vừa là chất thông qua các quá trình xúc tác năng lượng được sản xuất trên mang năng lượng, vừa là nguyên quang, điện hóa… đang tỏ ra rất cơ sở các quá trình xúc tác nhận liệu để sản xuất năng lượng từ có triển vọng. Hiện nay, các chất được sự quan tâm và đầu tư thỏa CO2. Có thể nói, trong công cuộc xúc tác quang trên cơ sở TiO2 và đáng ? chuyển đổi năng lượng, ngoài các chất bán dẫn khác đang được việc phát triển năng lượng mặt các phòng thí nghiệm ở nhiều cơ 2 Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/02/2020 của Bộ Chính trị về định hướng Chiến lược trời, năng lượng gió và những sở khoa học sử dụng để làm sạch phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam dạng năng lượng tái tạo khác với môi trường; những nghiên cứu đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045. 25 Số 10 năm 2022

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.