Những công nghệ CCS mới, tiên tiến năm 2024 (Kỳ 9)

Ảnh minh họa

* Hệ thống nhà máy thu hồi amine cho thu giữ carbon trên quy mô lớn (AMINE CAPTURE PLANT SYSTEM FOR LARGE SCALE CAPTURE)

CHINA ENERGY: Tổng Công ty kỹ thuật năng lượng Trung Quốc hoặc Tổng Công ty năng lượng Trung Quốc ((Energy China-CEEC) là một tập đoàn năng lượng nhà nước của Trung Quốc, có trụ sở chính tại quận Triều Dương (thủ đô Bắc Kinh).

Để đạt được hoạt động lâu dài và chi phí thấp, những nỗ lực lớn đã được thực hiện trong các lĩnh vực nghiên cứu về chất hấp thụ amine tổng hợp bậc ba mới hiệu quả cao, tích hợp tối ưu giữa hệ thống thu giữ carbon và phát điện, mất amine công nghệ điều khiển, bao bì mới, công nghệ điều khiển thông minh và thiết kế tối ưu cho các thiết bị chủ chốt quy mô lớn. Công nghệ này đã được ứng dụng trong dự án thu hồi carbon 500.000 tấn/năm tại Nhà máy nhiệt điện than Thái Châu của hãng China Energy. Đây hiện là dự án thu hồi carbon lớn nhất châu Á và là dự án thu hồi carbon của nhà máy nhiệt điện than lớn thứ ba trên toàn thế giới. China Energy hiện đã đạt được những bước đột phá đáng kể trong việc đổi mới các công nghệ thu giữ carbon cốt lõi, do đó, các chỉ số hoạt động chứng minh tính ưu việt của dự án này, với tỷ lệ thu hồi carbon đạt 90,86%, mức tiêu thụ nhiệt thu giữ là 2,35 GJ/tCO₂ và khả năng thu hồi carbon/tiêu thụ điện 51,5 kWh/tCO₂, theo báo cáo thử nghiệm của Viện Đo lường quốc gia Trung Quốc.

Lợi ích: (i) Lợi ích xã hội: Thúc đẩy liên tục đổi mới và phát triển công nghệ thu hồi carbon cho thiết bị công nghiệp. Ngoài ra, tích cực ứng phó với chiến lược “đỉnh carbon và trung hòa carbon” của Trung Quốc, thúc đẩy giảm phát thải CO₂ trong lĩnh vực nhiệt điện than và giải quyết hiệu quả các thách thức về tác động của biến đổi khí hậu. Hơn thế nữa, việc nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường sẽ giúp thúc đẩy công nghệ năng lượng sạch và thúc đẩy phát triển bền vững. (ii) Lợi ích kinh tế: Bằng cách sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng hiệu quả và tối ưu hóa quá trình, chi phí xây dựng và vận hành giảm đáng kể trong khi dự án đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải. Dựa trên quy hoạch đô thị của địa phương, dự án này sử dụng triệt để các nguồn lực hiện có, quy hoạch bố cục một cách khoa học và tối đa hóa việc bảo tồn đất đai, năng lượng và tài nguyên nước, từ đó thúc đẩy sự phát triển kinh tế-xã hội của địa phương. (iii) Giải thưởng: Mười sáng kiến khoa học và công nghệ hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng năm 2023 do Cục Năng lượng quốc gia Trung Quốc trao tặng.

Thành tích đạt được: (i) Chất hấp thụ: Tạo ra hệ thống hấp thụ amine tổng hợp bậc ba có công suất cao, độ bay hơi thấp và khả năng chống phân hủy. Phát triển các kỹ thuật chống oxygen hóa amine và tinh chế muối bền nhiệt. (ii) Tích hợp hệ thống: Đề xuất các phương pháp sử dụng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống thu hồi carbon và sản xuất điện quy mô lớn, đồng thời hình thành các thiết kế tích hợp sâu cho các nhà máy nhiệt điện than, kết hợp hơi nước, nhiệt và điện. (iii) Kiểm soát thất thoát amine: Phát triển các công nghệ ngưng tụ làm mát giường khô và kết tụ phun, cùng với các thiết bị ngưng tụ và thu hồi amine theo phương pháp khô mới, cũng như các thiết bị tách khí-chất lỏng dạng cánh composite. (iv) Lớp đệm mới: Phát minh ra lớp đệm thường xuyên có răng nhỏ để triệt tiêu độ lệch pha chất lỏng trên bề mặt lớp đệm và giảm động năng tiêu thụ do va chạm dòng khí trong lớp đệm. (v) Điều khiển thông minh: Phát triển công nghệ điều khiển thông minh cho các hệ thống thu hồi carbon và phát điện, hỗ trợ chức năng khởi động-dừng chỉ bằng một cú nhấp chuột và vận hành thông minh, tiết kiệm nhân lực, đảm bảo các chỉ số vận hành và an toàn hệ thống.

Mô tả công nghệ-Đổi mới sáng tạo công nghệ chính:

Nghiên cứu và phát triển chất hấp thụ: Chất hấp thụ CO₂ là cơ sở để thu giữ carbon quy mô lớn. Một chất hấp thụ mới với mức tiêu thụ năng lượng tái tạo thấp và tổn thất tối thiểu đã được phát triển thông qua thiết kế nhóm chức năng và kết hợp dung môi. Xem xét các đặc tính khác nhau (như khả năng hấp thụ, tốc độ hấp thụ và giải hấp, khả năng chống phân hủy) của các amine hữu cơ khác nhau, nhóm nghiên cứu đã nỗ lực rất nhiều để lựa chọn các thành phần tối ưu và điều chỉnh từng tỷ lệ. Cuối cùng, một phương pháp cải tiến đã được phát triển để tổng hợp chất hấp thụ amine tổng hợp bậc ba mới với hiệu suất toàn diện tối ưu, sở hữu quyền sở hữu trí tuệ độc lập, cùng với khả năng làm chủ các quá trình điều chế quy mô lớn. Tính ưu việt của chất hấp thụ mới này được thể hiện thông qua các kết quả so sánh trong phân tích và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trên các cơ sở thu giữ carbon quy mô thí điểm và quy mô công nghiệp. Kết quả chỉ ra chất hấp thụ mới có tải tuần hoàn là 41 L/L và so với 30wt% MEA, mức tiêu thụ nhiệt tái sinh giảm 26,5%, tốc độ phân hủy giảm 41,2% và chi phí đơn vị giảm hơn 30%. Những tính năng này làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng vận hành và chi phí của hệ thống thu hồi carbon. Theo dữ liệu vận hành hiện tại, mức tiêu thụ nhiệt thu hồi là 2,35 GJ/tCO₂, tốc độ thất thoát phân hủy amine duy trì ở mức thấp và hệ thống đã vận hành ổn định trong 300 ngày liên tục, do đó giảm đáng kể chi phí thu hồi.

Nghiên cứu và tối ưu hóa thiết bị chính: Dự án này sử dụng bao bì răng nhỏ cải tiến bằng thép không gỉ, hiệu quả cao. Việc giảm góc trên của răng giúp giảm thiểu hiệu quả độ lệch pha chất lỏng, giảm tỷ lệ dòng chảy chéo và tăng cường đáng kể diện tích bao phủ của pha lỏng và dòng truyền khối khí-chất lỏng trên bề mặt đóng gói. So với cách thức đóng gói thông thường, điều này đã giúp giảm 30% độ sụt áp, tăng hiệu suất truyền khối lên 10% và cắt giảm đáng kể mức đầu tư cũng như mức tiêu thụ năng lượng cho cột tháp hấp thụ. Những tiến bộ hơn thế nữa bao gồm các bộ phận phân tách truyền khối chuyên dụng và việc phân phối được tối ưu hóa trong cột tháp. Bể thu dầu tích hợp có rãnh dầm cung cấp diện tích thông gió rộng rãi, giảm thiểu lực cản, giảm áp suất và tiêu thụ năng lượng của quạt đồng thời cải thiện hiệu suất hấp thụ và độ ổn định vận hành cho các thiết bị quy mô lớn, từ đó giảm tiêu thụ năng lượng và thất thoát dung môi. Hơn thế nữa, dự án còn giới thiệu thiết bị thu hồi amine theo phương pháp khô tiên phong. Thông qua việc làm mát, ngưng tụ và kết tụ trong phần giường khô, sau đó là rửa sạch và làm tan sương bằng nước, lượng khí thải amine được kiểm soát một cách hiệu quả, từ đó giải quyết được các vấn đề thoát ra quá nhiều amine và chi phí vận hành cao.

Quá trình sản xuất tích hợp và quy mô lớn: Về mặt thiết kế quá trình, để giảm thiểu hơn nữa tổn thất chất hấp thụ và chi phí vận hành, các thông số vận hành được tối ưu hóa, chẳng hạn như tỷ lệ chất lỏng-khí, nhiệt độ làm mát giữa các giai đoạn và các thông số chuyển dòng của quá trình giải hấp. Kết quả là mức tiêu thụ điện của hệ thống thu hồi carbon giảm đáng kể, được theo dõi giảm xuống còn khoảng 51,5 kW/tCO₂. So với mức 90 kW/tCO₂ thông thường trong các hệ thống thu giữ carbon nói chung, điều này đánh dấu mức tiêu thụ điện thu hồi của đơn vị cơ sở giảm tới 42,7%. Về việc tích hợp hệ thống nhiệt, việc tối ưu hóa sâu được tiến hành giữa hệ thống thu hồi carbon và hệ thống nhiệt của nhà máy điện. Hơi nước cần thiết cho các phản ứng giải hấp được rút ra từ ống xả cưỡng bức của quạt gió dẫn động bằng turbine hơi nước và hơi nước ngưng tụ được thu hồi về bộ tiết kiệm nhiệt độ thấp của thiết bị, thu hồi nhiệt hoàn toàn và nâng cao khả năng kinh tế của nhà máy điện đốt than bằng cách thu hồi carbon. Liên quan đến hệ thống kiểm soát thu hồi carbon, một chiến lược kiểm soát thông minh được thiết lập, bao gồm các chức năng như APS khởi động-dừng chỉ bằng một cú nhấp chuột và tối ưu hóa kiểm soát tổng thể cho các mục tiêu đơn lẻ và nhiều mục tiêu. Điều này cho phép vận hành thông minh, tiết kiệm nhân lực và tăng cường đáng kể độ an toàn của thiết bị.

Giới thiệu chung về dự án CCUS tại Nhà máy điện Thái Châu: Để đạt được mục tiêu “đỉnh carbon và trung hòa carbon”, dự án thu hồi carbon 500.000 tấn/năm (kt/a) của Nhà máy nhiệt điện than Thái Châu đã được China Energy phê duyệt và khởi động (2021), và được tổ chức vận hành bởi Công ty Giang Tô (China Energy), Nhà máy nhiệt điện than Thái Châu chịu trách nhiệm thực hiện và Viện nghiên cứu công nghệ năng lượng mới quản lý công việc kỹ thuật tổng thể. Dự án này sử dụng khả năng hấp thụ hóa học để thu giữ carbon dioxide. Khí thải trải qua quá trình rửa, hấp thụ và tái sinh liên tiếp để thu được khí tái sinh có nồng độ cao, sau đó được nén, sấy khô, hóa lỏng và tinh chế để tạo ra sản phẩm CO₂ lỏng. Dự án trình diễn này là dự án đầu tiên vượt quá 200 kt/a ở Trung Quốc đối với một nhà máy nhiệt điện than, điều này đã buộc nhóm R&D kỹ thuật đã phải đối mặt với những thách thức chính trong nghiên cứu sơ bộ, thiết kế quá trình và phát triển thiết bị. Kết quả là đạt được những đổi mới công nghệ sáng tạo trong toàn bộ chuỗi hệ thống thu hồi carbon quy mô lớn, bao gồm chất hấp thụ amine mới, thiết bị chính, tích hợp hệ thống và điều khiển thông minh.

Triển vọng tương lai: Công suất thu hồi CO₂ của dự án trên là khoảng 1/8 công suất của tổ máy 1.000 MW. Để dẫn đầu việc phát triển thu hồi carbon trong sản xuất nhiệt điện, China Energy đang lên kế hoạch cho dự án mới thu hồi carbon tích hợp tổ máy 1.000 MW công suất của Nhà máy nhiệt điện than Thái Châu với quy mô 4 Mt mỗi năm. Dựa trên các công nghệ hiện tại, dự án mới sẽ tập trung vào nghiên cứu và phát triển công nghệ then chốt về kỹ thuật hấp thụ, thiết bị quan trọng, tối ưu hóa điều khiển, sử dụng và lưu trữ, cũng như các hoạt động trình diễn, với mục đích thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng carbon thấp trong lĩnh vực công nghiệp, góp phần vào các nỗ lực giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu.

* CO₂ CRC LTD.

Hoạt động từ năm 2003, CO₂ CRC là công ty hàng đầu thế giới về nghiên cứu thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS), sở hữu và điều hành Trung tâm kiểm định quốc tế Otway ở Nam Nirranda, Tây Nam bang Victoria (Australia). Các nhà đầu tư và thành viên của CO₂ CRC nhận thấy tầm quan trọng chiến lược của công ty trong việc phát triển khoa học và kỹ thuật của công nghệ CCUS một cách có hệ thống để đảm bảo triển khai công nghệ hiệu quả và an toàn.

Giải pháp thu hồi carbon lai HTCAPS (HYCAPS- HYBRID CAPTURE SOLUTION): Hoạt động từ năm 2003, CO₂ CRC là công ty hàng đầu thế giới về nghiên cứu công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS). CO₂ CRC làm việc với các nhà lãnh đạo chuyên ngành trong và ngoài nướ, quản lý các dự án nghiên cứu liên ngành và liên tổ chức, có mối quan hệ lâu đời, được công nhận thương hiệu quốc tế mạnh mẽ và thành tích xuất sắc về sức khỏe y tế và an toàn. CO₂ CRC phát triển và thử nghiệm các công nghệ phát thải thấp thế hệ tiếp theo trong các cuộc trình diễn đầu tiên có liên quan đến thương mại. CO₂ CRC còn phối hợp với các đối tác nghiên cứu của mình tại Australia, đã phát triển công nghệ thu giữ CO₂ lai “HyCaps”. HyCaps kết hợp khả năng hấp thụ dung môi và tách màng trong một quá trình duy nhất, khai thác những ưu điểm của cả hai công nghệ để thu giữ carbon hiệu quả. Quá trình HyCaps cũng đã chứng minh khả năng thu giữ carbon hiệu quả cao với nhu cầu năng lượng giảm. HyCaps còn có cấu tạo dạng modules và có thể mở rộng, đồng thời dấu chân của nó thấp hơn đáng kể so với quá trình dung môi amine thông thường để hấp thụ CO₂, điều này khiến nó phù hợp để trang bị thêm cho các nhà máy hiện có, từ đó thúc đẩy việc triển khai nhanh hơn công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS).

Thu hồi carbon ở áp suất cao hiệu quả (CO2SORB – EFFICIENT HIGH-PRESSURE CO₂ CAPTURE): Khí tự nhiên đóng vai trò là nguồn năng lượng và nguyên liệu quan trọng cho các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Sản xuất khí tự nhiên đặt ra những thách thức trong việc tách CO₂ ở áp suất cao. Ở áp suất cao, hiệu suất của quá trình hấp thụ dao động áp suất (pressure swing adsorption-PSA) giảm do độ chọn lọc và khả năng hấp thụ giảm. Chất hấp thụ CO2Sorb mới tcủa Công ty CO₂ CRC và các đối tác nghiên cứu đã chứng minh sự cải thiện đáng kể về khả năng hoạt động và độ chọn lọc của CO₂ so với vật liệu gốc ban đầu, dưới áp suất cấp liệu lên tới 50 bar và nồng độ CO₂ từ 7% - 40%. Do đó, chất hấp thụ CO2Sorb cho phép hệ thống PSA xử lý tốc độ dòng chảy cao hơn từ 3 đến 4 lần hoặc giảm kích thước của thiết bị PSA, tới 1/3 hoặc 1/4 so với các thiết bị sử dụng vật liệu gốc ở cùng tốc độ dòng cấp liệu. Ngoài ra, tính chọn lọc được cải thiện của CO2Sorb cho phép tách CO₂ và khí methane hiệu quả hơn, dẫn đến tăng mức thu giữ khí methane và giảm lượng khí thải CO₂ cũng như khí methane. Do đó, CO2Sorb rất lý tưởng để tích hợp vào hệ thống PSA để thu giữ CO₂ từ khí tự nhiên hoặc tách CO₂ ở áp suất cao.

Lợi ích: Chất hấp thụ CO2Sorb của Công ty CO₂ CRC đã được phát triển để loại bỏ CO₂ một cách hiệu quả khỏi khí tự nhiên dưới áp suất cao. Dưới đây là những lợi ích chính của CO2Sorb: (i) CO2Sorb là vật liệu chắc chắn, có công suất hoạt động cao, giúp quá trình PSA nhỏ gọn hơn so với các chất hấp thụ thương mại. (ii) Độ chọn lọc cao của CO2Sorb đem lại độ tinh khiết cao cho dòng giàu methane và giàu CO₂, làm giảm đáng kể lượng khí methane thất thoát ra bên ngoài. Do đó, nó cung cấp OPEX tốt hơn và giảm thiểu lượng khí thải nhà kính GHG bởi do cả khí methane và CO₂. Hơn thế nữa, có thể đạt được nhiều doanh thu hơn với lượng khí methane thất thoát ít hơn (sản lượng khí methane cao hơn). (iii) Dấu chân thấp hơn và yêu cầu năng lượng thấp hơn để tái sinh so với công nghệ dung môi. (iv) Với hiệu suất đã được chứng minh ở mức 50 bar, CO2Sorb có khả năng tận dụng áp suất cao của khí tự nhiên thô từ giếng khí và giảm nhu cầu năng lượng nén ở hạ nguồn. (v) CO2Sorb không độc hại, không nguy hiểm và không giống như dung môi gốc amine, không dẫn đến ăn mòn thiết bị.

Mô tả công nghệ: Hiệu suất của công nghệ hấp thụ phụ thuộc vào khả năng bề mặt chất hấp thụ khí mong muốn từ hỗn hợp khí một cách chọn lọc và khả năng giải hấp thụ khí của chất hấp thụ khi thay đổi các điều kiện, ví dụ như nhiệt độ (dao động nhiệt độ), áp suất (dao động áp suất) hoặc độ ẩm (dao động độ ẩm). Để xử lý khí tự nhiên, tách hydrogen khỏi khí tổng hợp, phương pháp hấp thụ dao động áp suất (PSA) tận dụng áp suất cao của dòng khí. Do đó, đối với các ứng dụng áp suất cao, quá trình hấp thụ giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với quá trình hấp thụ dựa trên amine thông thường. Việc phát triển các mục tiêu CO2Sorb còn nhằm mục đích giảm CAPEX và OPEX của quá trình thu giữ CO₂. Ngoài khả năng làm việc và độ chọn lọc, các tính chất vật lý (độ cứng và độ ổn định trong các hoạt động tuần hoàn) rất quan trọng.

Phát triển công nghệ: Chương trình nghiên cứu và phát triển của CO₂ CRC về tách CO₂ khỏi khí tự nhiên bắt đầu vào năm 2016 với sự cộng tác của đối tác nghiên cứu. Các chất hấp thụ được so sánh dựa trên một số tiêu chí hiệu suất như chi phí vật liệu, đường đẳng nhiệt (isotherm) là quá trình biến đổi trạng thái của chất khí trong điều kiện nhiệt độ không thay đổi, công suất và độ chọn lọc để ứng dụng trong khí tự nhiên áp suất cao. Sorbead WS đã được chọn làm chất hấp thụ chuẩn cho dự án thu giữ carbon Otway của Công ty CO₂ CRC ở bang Tây Victoria (Australia) là một dự án trình diễn đã bơm và lưu trữ hơn 65.000 tấn carbon dioxide trong một hồ bể chứa khí đốt tự nhiên đã cạn kiệt nằm sâu 2 km dưới bề mặt trái đất theo từng giai đoạn tại Trung tâm thử nghiệm quốc tế Otway (OITC) của CO₂ CRC để thử nghiệm thực địa với khí tự nhiên từ giếng trụ tại OITC. Một công thức quá trình mới đã được phát triển để sản xuất vật liệu hấp thụ CO2Sorb mới với kích thước, hình dạng, mật độ đóng gói, cường độ nghiền, khả năng hấp thụ và độ chọn lọc. Tất cả các mẫu CO2Sorb đều được phát triển và mô tả trong môi trường phòng thí nghiệm. Đường đẳng nhiệt CO₂ và CH4 được đo bằng thiết bị đo thể tích (ASAP 2050, Micrometric, Hoa Kỳ). Diện tích bề mặt BET, phân bố chiều rộng lỗ rỗng và thể tích CO2Sorb được xác định bằng cách đo đường đẳng nhiệt N2 ở nhiệt độ 77 K (-196,15°C) bằng 3Flex là máy phân tích hấp phụ hiệu suất cao để đo diện tích bề mặt, kích thước lỗ rỗng và thể tích lỗ rỗng của bột và vật liệu dạng hạt. Cấu trúc chất hấp thụ được đặc trưng bằng nhiễu xạ bột (powder X-ray diffraction) là một kỹ thuật phân tích không phá hủy, cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể, trạng thái, định hướng tinh thể, và các thông số cấu trúc khác, chẳng hạn như kích thước trung bình hạt hay các khuyết tật tinh thể cũng như phân tích nguyên tố trong các mẫu chất hấp thụ được tiến hành bằng phương pháp phổ tia X phân tán năng lượng (energy-dispersive X-ray spectroscopy-EDS), đôi khi còn được gọi là phân tích tia X phân tán năng lượng (EDXA hoặc EDAX) hoặc phân tích vi tia X phân tán năng lượng (EDXMA) là một kỹ thuật phân tích được sử dụng để phân tích nguyên tố hoặc đặc tính hóa học của một mẫu.

Hiệu suất được cải thiện: Các đường đẳng nhiệt đo được của CO₂ và CH4 đối với mẫu mở rộng thì cho thấy công suất hoạt động cao hơn nhiều so với vật liệu thương mại chuẩn hạt hụt ẩm Sorbead. Đặc tính hấp thụ tốt hơn có nghĩa là sử dụng vật liệu đã phát triển có thể giảm chi phí vốn thông qua thiết bị nhỏ hơn và ít vật liệu hơn. Bốn mẫu CO2Sorb đã được nghiên cứu cung cấp bốn nồng độ CO₂ khác nhau trong khoảng từ 10%-40%. Công suất làm việc và độ chọn lọc được tính toán dựa trên nồng độ cấp liệu 30% CO₂ ở 50 bar và áp suất giải hấp ở mức 1 bar với 95% CO₂ được thu giữ. Kết quả thử nghiệm cho thấy dòng CO2Sorb đạt công suất hoạt động và độ chọn lọc CO₂ cao hơn nhiều so với Sorbead và chất hấp thụ CO₂ CRC thế hệ trước là Otway HY. Độ chọn lọc nhị phân cho tất cả các mẫu được tính toán lớn hơn 1, điều này cho thấy quá trình PSA phù hợp cho ứng dụng tách khí.

Các bước đi tiếp theo: Sau khi thiết lập được hiệu suất vượt trội của CO2Sorb, bước đi tiếp theo sẽ là mở rộng quy mô thử nghiệm thí điểm chất hấp thụ CO2Sorb trong hệ thống PSA đầy đủ, tiến tới mức TRL cao hơn cho đến khi thương mại hóa. Công thức và thử nghiệm CO2Sorb cũng có thể được mở rộng sang các ứng dụng tiềm năng khác trong xử lý khí tổng hợp, thường được sử dụng trong lĩnh vực sản xuất hydrogen xanh, chẳng hạn như từ quá trình tái sinh reforming khí methane bằng hơi nước (steam methane reforming-SMR) và khí hóa than (coal gasification). CO₂ CRC hiện cũng đang tìm kiếm các cơ hội hợp tác và tài trợ tiềm năng để thử nghiệm và giới thiệu công nghệ CO2Sorb trong các ứng dụng công nghiệp và điều kiện môi trường khác nhau.

Giải pháp thu hồi carbon lai HTCAPS (HYCAPS- HYBRID CAPTURE SOLUTION): Hoạt động từ năm 2003, CO₂ CRC là công ty hàng đầu thế giới về nghiên cứu công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS). CO₂ CRC đã làm việc với các nhà lãnh đạo chuyên ngành trong và ngoài nước, quản lý các dự án nghiên cứu liên ngành và liên tổ chức, có mối quan hệ lâu đời, được công nhận thương hiệu quốc tế mạnh mẽ và thành tích xuất sắc về sức khỏe y tế và an toàn. CO₂ CRC còn phát triển và thử nghiệm các công nghệ phát thải thấp thế hệ tiếp theo trong các cuộc trình diễn đầu tiên có liên quan đến thương mại cũng như phối hợp với các đối tác nghiên cứu của mình tại Australia, đã phát triển công nghệ thu giữ CO₂ lai “HyCaps”. HyCaps là sự kết hợp khả năng hấp thụ dung môi và tách màng trong một quá trình duy nhất, khai thác những ưu điểm của cả hai công nghệ để thu giữ carbon hiệu quả. Quá trình HyCaps cũng đã chứng minh khả năng thu giữ carbon hiệu quả cao với nhu cầu năng lượng giảm. HyCaps còn có cấu tạo dạng modules và có thể mở rộng, đồng thời dấu chân của nó thấp hơn đáng kể so với quá trình dung môi amine thông thường để hấp thụ CO₂, điều này khiến nó phù hợp để trang bị thêm cho các nhà máy hiện có, từ đó thúc đẩy việc triển khai nhanh hơn công nghệ sử dụng và lưu trữ thu hồi carbon (CCUS).

Lợi ích: HyCaps là công nghệ lai kết hợp công nghệ hấp thụ dung môi với công nghệ màng. Điều này đem lại nhiều lợi ích so với công nghệ hấp thụ dung môi thông thường. Modules HyCaps cung cấp tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích rất cao. Do đó, kích thước thiết bị thu giữ carbon giảm đáng kể so với cột tháp hấp thụ dung môi thông thường. Việc tách dòng dung môi và khí thải bằng màng giúp loại bỏ hiện tượng tạo bọt và ngập dung môi, đồng thời giảm sự dẫn dòng chất lỏng, những vấn đề vận hành chính trong quá trình hấp thụ dung môi thông thường. Ngoài ra, không cần phân phối lại dung môi. Các modules HyCaps có thể được định hướng theo bất kỳ hướng nào mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. Diện tích chiếm chỗ thấp hơn, tính linh hoạt trong định hướng và thiết kế modules cho phép quá trình thu giữ của HyCaps dễ dàng được bố trí trong không gian hạn chế, khiến công nghệ này trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trang bị thêm cũng như cho các thiết kế xây dựng mới. Việc tái sinh dung môi không cần đun sôi lại/thay đổi pha, làm giảm đáng kể năng lượng tái sinh dung môi so với hấp thụ thông thường. HyCaps còn là một công nghệ có chi phí rất cạnh tranh với tiềm năng giảm lượng khí thải CO₂ trong các lĩnh vực khó giảm thiểu, dầu khí, giàn khoan dầu khí trên đất liền và ngoài khơi, các quá trình trên tàu, nâng cấp khí sinh học, v.v.

Mô tả công nghệ: HyCaps là công nghệ lai kết hợp công nghệ dung môi hoàn thiện với công nghệ màng để khắc phục những hạn chế cố hữu trong khi vẫn duy trì hoặc nâng cao các ưu điểm của chúng. Bảng quá trình tương tự như bảng quá trình của các hệ thống thu giữ CO₂ dung môi thông thường, song modules HyCaps thay thế các cột tháp nhồi thông thường để hấp thụ và tái tạo dung môi. Quá trình này bao gồm việc chuyển CO₂ từ hỗn hợp khí qua màng sợi rỗng, nơi nó được hấp thụ hóa học vào dung môi. Trong quá trình tái tạo dung môi bằng HyCaps, sự phân tách vật lý giữa pha dung môi và khí bằng màng cho phép hút carbon dioxide từ pha dung môi đã làm giàu vào pha khí. Điều này cho phép đạt được sự tái tạo dung môi ở nhiệt độ thấp hơn so với cột tháp nhồi thông thường và có thể đạt được việc tái tạo dung môi mà không làm bay hơi dung môi. Bằng cách tránh làm bay hơi dung môi, quá trình HyCaps giảm thiểu đáng kể nhu cầu năng lượng để tái tạo dung môi.

Công nghệ hiệu quả về mặt chi phí: Phân tích tính kinh tế-kỹ thuật ban đầu được thực hiện để thu giữ CO₂ với 18% CO₂ trong khí thải cho thấy hiệu quả chi phí của công nghệ HyCaps. Các modules HyCaps có diện tích bề mặt từ 5,000 m2 - 6000 m2 trên mỗi m3 thể tích so với mức từ 500 m2 - 800 m2/m3 của cột tháp nhồi thông thường. Do đó, các modules HyCaps có dấu chân thiết bị giảm khoảng 70%. Việc giảm thiểu đáng kể kích thước thiết bị cũng là một yếu tố khiến CAPEX giảm. Việc tránh dung môi sôi và nhiệt độ vận hành thấp hơn dẫn đến nhu cầu năng lượng tái sinh thấp và nhiệt/nhiệt thải chất lượng thấp từ nhà máy có thể được sử dụng trong hệ thống, khiến toàn bộ quá trình tái sinh trở thành một quá trình OPEX thấp. Khi so sánh với quá trình dung môi thông thường, chi phí vận hành của HyCaps thấp hơn khoảng 60%. Hybrid HyCaps còn là một phương pháp tiếp cận mới đối với công nghệ thu hồi carbon, giúp đem lại lợi thế rõ ràng về yêu cầu năng lượng và dấu chân so với quá trình phương pháp truyền thống. Hiện công nghệ này đã được chứng minh tại ba nhà máy thí điểm công nghiệp khác nhau ở Australia và nó đã được chứng minh là sẵn sàng triển khai để giải quyết hiệu quả lượng khí thải carbon từ các nguồn công nghiệp, bao gồm cả lĩnh vực khó cắt giảm (hard-to-abate sector). HyCaps là một giải pháp modules, nhỏ gọn và có thể mở rộng, có thể áp dụng cho cả quá trình thu giữ CO₂ sau đốt và trước đốt. Do thiết kế nhỏ gọn, định hướng linh hoạt và cài đặt dễ dàng, HyCaps phù hợp với mọi lĩnh vực có không gian hạn chế, bao gồm các nền tảng xử lý di động như FPSO và các quá trình trên tàu.

Các bước đi tiếp theo: Sau ba cuộc trình diễn thí điểm thành công trong các môi trường công nghiệp khác nhau, HyCaps đã đạt được mức sẵn sàng về công nghệ TRL 6. HyCaps còn là công nghệ thu giữ CO₂ có chi phí cạnh tranh và sẵn sàng mở rộng quy mô và trình diễn trên quy mô lớn. Bước đi tiếp theo, CO₂ CRC đang nghiên cứu thiết kế mở rộng quy mô cho thiết bị và đang tìm kiếm các cơ hội hợp tác và tài trợ tiềm năng để thử nghiệm và giới thiệu công nghệ HyCaps trong các ứng dụng công nghiệp và điều kiện môi trường khác nhau.

Link nguồn:

https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2024/08/Report-CCS-Technology-Compendium-2024-1.pdf

Tuấn Hùng

Global CCS Institute