Khí đốt tự nhiên là nguồn năng lượng sạch, không mùi và không độc hại, cung cấp hơi ấm để nấu ăn và sưởi ấm, đồng thời là nguồn nhiên liệu cho các nhà máy điện cung cấp điện cho các hộ gia đình và doanh nghiệp. Khí tự nhiên cũng cung cấp nhiên liệu cho nhiều quy trình công nghiệp sản xuất vật liệu và hàng hóa, từ thủy tinh đến quần áo và cũng là một thành phần quan trọng trong các sản phẩm như sơn và nhựa.
Trên hết, nguồn tài nguyên khí đốt tự nhiên rất dồi dào. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, nếu mức tiêu thụ khí đốt tự nhiên vẫn ở mức hiện tại, sẽ có đủ nguồn tài nguyên để con người sử dụng cho hơn hai thế kỷ.
Tuy nhiên, việc vận chuyển và lưu trữ khí đốt tự nhiên cũng có nhiều thách thức. Các phương pháp hiện tại yêu cầu làm lạnh khí tự nhiên đến nhiệt độ cực thấp (-162°C) để tạo thành khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). Mặc dù LNG là phương thức vận chuyển khí tự nhiên được sử dụng rộng rãi nhưng việc vận chuyển bằng đường ống là không khả thi và không phù hợp để lưu trữ lâu dài.
Nhu cầu về nhiệt độ thấp để lưu trữ khí đốt tự nhiên ở dạng hóa lỏng có nghĩa là công nghệ này đòi hỏi phải liên tục làm nóng trong khi hơi LNG rất dễ cháy và có thể nhanh chóng kết hợp với không khí để tạo thành hỗn hợp dễ nổ.
Sự cần thiết của các giải pháp thay thế mới
Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tích cực nghiên cứu các giải pháp thay thế an toàn hơn để lưu trữ khí đốt tự nhiên bằng cách hóa rắn khí đốt tự nhiên (SNG), hoặc hydrat khí tự nhiên.
Trong các hydrat này, các loại khí như mêtan bị mắc kẹt bên trong các lồng do phân tử nước hình thành. Các chất phụ gia và điều kiện nhiệt độ áp suất xác định tạo ra vật liệu rắn, ổn định, phù hợp để lưu trữ lâu dài và có thể được vận chuyển mà không gây nguy hiểm đối với chất lỏng dễ cháy được điều áp.
Tuy nhiên, những khí hydrat này hiện chỉ giới hạn ở quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm. Để đạt được mục tiêu đó, Giáo sư Praveen Linga từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học tại Trường Cao đẳng Thiết kế và Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Singapore cho biết, đang nghiên cứu cải tiến công nghệ SNG để có thể sử dụng trong công nghiệp.
Giáo sư Linga, cùng với các thành viên trong nhóm của mình, Tiến sĩ Ye Zhang, Tiến sĩ Gaurav Bhattacharjee và ông Huanzhi Xu, và các cộng tác viên, giải thích: “Công nghệ SNG tạo ra một nơi thích hợp để lưu trữ khí tự nhiên an toàn và lâu dài trong điều kiện áp suất và nhiệt độ vừa phải”.
Không có khí tự nhiên hoàn hảo, chỉ có sự kết hợp hoàn hảo
Nhóm nghiên cứu quan tâm đến nhu cầu phát triển công nghệ không chỉ được ngành công nghiệp áp dụng mà còn thân thiện với môi trường, tránh sử dụng các chất xúc tiến độc hại thường được sử dụng trong công nghệ SNG. Ví dụ, chất xúc tác tetrahydrofuran (THF), thường được coi là dễ bay hơi, ăn mòn và thậm chí gây ung thư. Điều này đã khiến Giáo sư Linga và nhóm của ông khám phá các giải pháp thay thế sạch hơn.
Giáo sư Linga tiết lộ: “Chúng tôi đã phát hiện ra một ứng cử viên đầy triển vọng đó là dioxane. Sử dụng dioxane kết hợp với một chất kích thích axit amin không độc hại khác, chúng tôi có thể nhanh chóng tạo thành hỗn hợp metan hydrat làm từ metan và dioxane ở nhiệt độ phòng."
Trong khí hydrat mới, khả năng lưu trữ khí metan trung bình đạt được là 135,13 v/v vượt xa giới hạn đã thiết lập là 115 v/v đối với loại hydrat metan này. Điều này hứa hẹn cho một sản phẩm có tiềm năng thương mại hóa lớn.
Phát triển phương pháp SNG lên một tầm cao mới
Cơ quan Thị trường Năng lượng (EMA), một ủy ban theo luật định thuộc Bộ Thương mại và Công nghiệp Singapore, đã thành lập bộ phận nghiên cứu và phát triển khí đốt tự nhiên, năng lượng mặt trời, các giải pháp thay thế carbon thấp và lưới điện khu vực như một trụ cột chính trong quá trình chuyển đổi năng lượng của đất nước. Hiện cơ quan chuyển dần sang các nguồn năng lượng sạch và đáng tin cậy.
Vào năm 2021, khí đốt tự nhiên đóng góp tới 94,9% sản lượng điện của Singapore và một báo cáo gần đây chỉ ra rằng khí đốt tự nhiên sẽ vẫn là một thành phần quan trọng trong cơ cấu năng lượng của quốc gia cho đến khi các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và hydro có thể đảm nhận nhiều tải hơn.
Tương tự, Giáo sư Linga coi khí đốt tự nhiên là "nhiên liệu cầu nối" quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu bền vững và nhấn mạnh tiềm năng sử dụng khí đốt này để cung cấp năng lượng dự phòng cố định, lâu dài cho Singapore và hơn thế nữa.
"Công việc của chúng tôi không dừng lại ở đây. Trong tương lai, chúng tôi sẽ cố gắng đạt được khả năng lưu trữ khí cao hơn nữa trong SNG và thu thập thêm bằng chứng để hỗ trợ phát triển các công nghệ SNG thúc đẩy dioxane quy mô lớn”. Ông cũng cho rằng những tiến bộ đạt được trong quá trình phát triển công nghệ SNG có thể được áp dụng để phát triển công nghệ lưu trữ khí hydro dựa trên hydrat khí trong tương lai.
Link gốc