Khai phá Tiềm năng của Power-to-X: Tương lai của các Giải pháp Năng lượng Bền vững
Power-to-X là quá trình chuyển đổi năng lượng thành một thứ khác (x). Ví dụ, năng lượng có thể được chuyển thành hydro thông qua điện phân, sau đó có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với các thành phần khác để tạo ra nhiên liệu hoặc hóa chất. Quá trình chuyển đổi xanh không thể hoàn thành nếu không có power-to-X. Trong nhiều tình huống, chẳng hạn như khi sử dụng xe điện hoặc máy bơm nhiệt để sưởi ấm nhà cửa, nhiên liệu hóa thạch có thể được thay thế ngay lập tức bằng điện. Tuy nhiên, không phải mọi thứ đều có thể được cung cấp năng lượng bằng điện hoặc pin. Vì năng lượng có thể được sử dụng làm nền tảng cho quá trình sản xuất nhiên liệu xanh, Power-to-X rất quan trọng để sử dụng, ví dụ, trong vận tải hạng nặng, máy bay, tàu thủy và xe tải. Các quy trình sử dụng nhiều năng lượng trong một phần sản xuất công nghiệp của chúng ta cũng thuộc cùng một loại. Power-to-X cũng có thể đảm bảo rằng chúng ta có các hóa chất cần thiết để sản xuất nhựa, thuốc men và nhiều mặt hàng khác mà chúng ta sử dụng hàng ngày và hiện đang được sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch.
Power-to-X hoạt động như thế nào
Power-to-X sử dụng các nguồn năng lượng bền vững như năng lượng mặt trời và năng lượng gió để tạo ra điện. Trong giai đoạn đầu của Power-to-X, nước (H2O) được điện phân và chia thành hydro (H2) và oxy (O2) bằng cách sử dụng năng lượng (O). Ngoài việc được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu, hydro cũng có thể được sử dụng trong quá trình tổng hợp với việc bổ sung nitơ (N) hoặc carbon (C) từ CO2. Nhiên liệu và hóa chất mới được sản xuất, bao gồm amoniac, metanol và metan. Vì điện được sử dụng để sản xuất chúng, nên chúng thường được gọi là e-fuel hoặc electro-fuel. Chúng có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho các phương tiện như xe tải, tàu thủy và máy bay. Để cho phép Power-to-X, nghiên cứu đang được thực hiện về cách hợp nhất hai quy trình này.
Ví dụ về Power-to-X
Quy trình tổng hợp với Carbon
E-fuel bao gồm e-diesel, e-methanol, e-kerosene, e-dim ethylates (E-DME) và e-methane có thể được tạo ra bằng cách trộn carbon với hydro. Những nhiên liệu này tương đương về mặt hóa học với nhiên liệu hóa thạch hiện tại, làm cho chúng phù hợp để sử dụng ngay lập tức trong vận tải hạng nặng. Vì chúng được tạo ra bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo và carbon mà chúng ta tái chế từ các mục đích sử dụng trước đó, nên nhiên liệu này là carbon trung tính.
Quy trình tổng hợp với nitơ
Amoniac lục (e-amoniac), có thể được sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp hoặc cuối cùng là nhiên liệu cho vận chuyển, được tạo ra bằng cách kết hợp nitơ (N) với hydro. Hiện tại, các nhà máy quy mô lớn, sử dụng nhiều năng lượng đang sản xuất amoniac để sử dụng trong phân bón nông nghiệp. Việc sản xuất amoniac chiếm hơn 1% tổng lượng khí thải carbon toàn cầu. Do đó, việc chuyển sang e-amoniac sẽ hỗ trợ đáng kể vào sự phát triển của một ngành nông nghiệp bền vững hơn.
Tại sao Power-to-X là cần thiết
Các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió là rất quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang một nền văn minh không có nhiên liệu hóa thạch. Trong tình huống này, khả năng lưu trữ năng lượng là rất quan trọng để chúng ta có thể sử dụng nó ngay cả khi trời không nắng và không có gió. Ngoài ra, một phần của lĩnh vực vận tải và sản xuất của chúng ta không thể được điện khí hóa và thay vào đó cần điện được chuyển đổi thành một dạng khác. Đối với các phương tiện như tàu thủy, xe tải và máy bay không thể chạy bằng điện hoặc pin, Power-to-X có thể đảm bảo nhiên liệu mà chúng cần. Power-to-X là rất quan trọng để đảm bảo sản xuất nhiều mặt hàng hiện đang được làm từ nhiên liệu hóa thạch, bao gồm sơn, polyme và dược phẩm.
Kết luận
Các quy trình trong Power-to-X có thể được hoàn thành trong một thời gian khá dài. Tuy nhiên, Power-to-X phải trở nên hiệu quả hơn về mặt năng lượng để nhiên liệu được sản xuất có thể tồn tại và do đó có tính cạnh tranh, nếu nó thực sự giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của thế giới. Việc tìm ra cách tối ưu để kết nối các công nghệ Power-to-X với phần còn lại của hệ thống năng lượng vẫn là một thách thức đối với các nhà nghiên cứu. Để tạo ra sự hiệp lực tốt nhất có thể với phần còn lại của hệ thống năng lượng ngay từ đầu, các giải pháp thông minh về kiến trúc hệ thống, dữ liệu, số hóa và tự động hóa phải được phát triển.