Hotline: 096 302 9988

Hỗ trợ: 096 302 9988

sales@hoachat.com.vn

Tương lai của hóa chất amonia

27/01/2022

 Nhà máy của Yara ở Sluiskil, Hà Lan, nơi công ty có kế hoạch lắp đặt công suất amoniac xanh

Nhà máy của Yara ở Sluiskil, Hà Lan, nơi công ty có kế hoạch lắp đặt công suất amoniac xanh

Amoniac đã cứu thế giới một lần; nó có thể làm điều đó một lần nữa.

Một thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng lương thực đang rình rập. Dân số bùng nổ đã thúc đẩy nông dân trồng cây nhanh hơn vi khuẩn cố định nitơ trong đất có thể theo kịp, và lượng phân chim và nitrat tự nhiên ở Nam Mỹ mà họ dùng làm phân bón đang dần cạn kiệt.

Trong vấn đề có thể vẫn là vấn đề toàn cầu lớn nhất được giải quyết bằng hóa học, Fritz Haber và Carl Bosch đã phát triển một quy trình phản ứng hydro và nitơ khí quyển dưới áp suất để tạo ra amoniac, được nông dân áp dụng thay cho phân bón tự nhiên. Quy trình Haber-Bosch vẫn chịu trách nhiệm về gần như tất cả amoniac trên thế giới, cũng như các dẫn xuất như urê và amoni nitrat.

Cuộc khủng hoảng ngày nay là biến đổi khí hậu. Lần này, amoniac có thể được giải cứu bằng cách thu giữ, lưu trữ và vận chuyển hydro để sử dụng trong các tua-bin và pin nhiên liệu không phát thải. Các nỗ lực cũng đang được tiến hành để đốt cháy amoniac trực tiếp trong các nhà máy điện và động cơ tàu.

Các công ty hóa chất tìm thấy cơ hội. Một số công ty đang phát triển amoniac xanh, một con đường dẫn đến amoniac, trong đó hydro có nguồn gốc từ quá trình điện phân nước được cung cấp năng lượng thay thế thay thế hydro từ hydrocacbon, làm cho việc sản xuất amoniac hầu như không có carbon dioxide. Họ cũng đang đầu tư vào việc thu giữ và lưu trữ carbon để giảm thiểu tác động của carbon khi tạo ra amoniac thông thường, tạo ra thứ mà ngành công nghiệp gọi là amoniac xanh.

Amoniac xanh nên đóng một vai trò quan trọng, cho dù đó là một vai trò như một quá trình chuyển đổi hay đó là một vai trò như một phần của hỗn hợp năng lượng dài hạn.

Andrea Valentini, giám đốc khu vực Châu Á - Thái Bình Dương và Trung Đông, Dịch vụ Tư vấn Argus

Tony Will, Giám đốc điều hành của nhà sản xuất amoniac lớn nhất thế giới, CF Industries, nhận thấy sự thay đổi cơ bản trong triển vọng của ngành. Ông nói: “Cho đến thời điểm này, chúng tôi đã kinh doanh bằng cách bán giá trị nitơ của phân tử. “Điều thực sự thú vị về điều này là bây giờ có một cơ hội và một thị trường định giá thành phần hydro của phân tử.”

Nhưng việc thành lập một ngành công nghiệp nhiên liệu amoniac sẽ không dễ dàng. Theo hầu hết các ước tính, amoniac xanh sẽ tốn gấp 2-4 lần so với amoniac thông thường. Và một số công nghệ cần thiết để khai thác phân tử, chẳng hạn như động cơ đốt amoniac, vẫn còn đang thử nghiệm. Các chính phủ và thị trường sẽ phải quyết định xem amoniac xanh có đáng để nỗ lực hay không.

Thiên nhiên đã ban tặng cho amoniac các thuộc tính dường như khiến nó trở thành một mặt hàng hoàn hảo cho nền kinh tế hydro trong tương lai.

Một báo cáo được biên soạn vào tháng 8 năm ngoái bởi Haldor Topsoe, một công ty công nghệ sản xuất amoniac và các công ty khác đã ghi nhận một số phẩm chất đó. Amoniac có mật độ năng lượng cao hơn, ở 12,7 MJ / L, thậm chí so với hydro lỏng, ở 8,5 MJ / L. Hydro lỏng phải được lưu trữ ở điều kiện đông lạnh –253 ° C, trong khi amoniac có thể được lưu trữ ở –33 ° C tiêu tốn ít năng lượng hơn nhiều. Và amoniac, mặc dù nguy hiểm để xử lý, nhưng ít dễ cháy hơn nhiều so với hydro.

Hơn nữa, nhờ một thế kỷ sử dụng amoniac trong nông nghiệp, một cơ sở hạ tầng ammoniac rộng lớn đã tồn tại. Trên toàn thế giới, khoảng 180 triệu tấn amoniac được sản xuất hàng năm và 120 cảng được trang bị thiết bị đầu cuối bằng amoniac.

NGUỒN AMONI

Ngành công nghiệp amoniac đã áp dụng một cách không chính thức bảng màu để mô tả cường độ cacbon của các phương pháp sản xuất amoniac khác nhau. Hệ thống này cũng áp dụng cho hydro.

Màu xám

Màu xám

Còn được gọi là amoniac nâu, đây là amoniac thông thường đã được tạo ra theo cách tương tự trong 100 năm. Quy trình Haber-Bosch, chịu trách nhiệm cho gần như tất cả 180 triệu tấn sản xuất amoniac hàng năm trên thế giới, phản ứng hydro và nitơ trong khí quyển. Hydro thường sinh ra từ quá trình biến đổi hơi nước của mêtan, một quá trình thải ra CO 2 .

Màu xanh dương

Màu xanh dương

Amoniac xanh là amoniac thông thường mà sản phẩm phụ CO2 đã được thu giữ và lưu giữ, làm giảm tác động của khí hậu so với amoniac xám. Nhiều nhà sản xuất phân bón đã bắt tay vào các dự án như vậy trong những năm gần đây. Amoniac xanh đang gây tranh cãi và cần các tiêu chuẩn công nghiệp. Ví dụ, sử dụng CO2 để tăng cường thu hồi dầu không có lợi cho môi trường bằng việc bơm nó vào lòng đất vĩnh viễn.

Màu xanh lá

Màu xanh lá

Amoniac xanh được tạo ra bằng hydro từ quá trình điện phân nước bằng năng lượng thay thế. Rất nhiều dự án, mặc dù hầu hết đều ở quy mô khiêm tốn hàng chục nghìn tấn, quy mô nhỏ hơn một nhà máy amoniac điển hình. Tuy nhiên, một dự án lớn ở Ả-rập Xê-út nhằm mục đích tạo ra hơn 1 triệu tấn amoniac mỗi năm.

Màu ngọc lam

Màu ngọc lam

Quá trình này sử dụng nhiệt phân để chuyển metan thành cacbon và hydro tinh khiết, được phản ứng với nitơ để tạo ra amoniac. Ngành công nghiệp coi amoniac màu xanh ngọc như một nơi nào đó giữa màu xanh lá cây và màu xanh lam. Một dự án nổi bật là nhà máy carbon đen của Monolith Materials ở Nebraska.

Nhưng việc chuyển hướng tất cả cơ sở hạ tầng đó sang nhiên liệu thân thiện với môi trường sẽ mất nhiều thời gian. Cho đến năm ngoái, hầu hết các dự án amoniac xanh được đề xuất có quy mô nhỏ, hàng chục nghìn tấn thay vì nửa triệu tấn mỗi năm, hoặc hơn, mà một nhà máy amoniac thông thường đưa ra.

Một số là các dự án do chính phủ hỗ trợ ở Úc. Ví dụ, nhà sản xuất phân bón Na Uy Yara dự định lắp đặt các máy điện phân để tạo ra 3.500 tấn amoniac xanh mỗi năm tại nhà máy của họ ở Pilbara, và các nhà sản xuất thuốc nổ amoni nitrat Dyno Nobel và Queensland Nitrates đang nghiên cứu sản lượng amoniac xanh lần lượt là 9.000 và 20.000 tấn. Các chương trình thí điểm cũng đang được tiến hành ở New Zealand và Chile.

Một số dự án lớn hơn nhiều đã được công bố vào năm ngoái. Cho đến nay, tham vọng nhất là ở Ả Rập Xê-út. Các dự án tỷ $5 là sự hợp tác giữa công ty Mỹ Air Product and Chemicals, các công ty địa phương ACWA Power, và NEOM, một nhà phát triển xây dựng một thành phố carbon miễn phí ở Saudi Arabia.

Dự kiến ​​hoàn thành vào năm 2025, việc lắp đặt sẽ nằm trên bờ Biển Đỏ. Các tế bào năng lượng mặt trời sẽ khai thác ánh nắng mặt trời vào ban ngày, trong khi các tuabin sẽ thu nhận gió vào ban đêm để tạo ra 4 GW điện cho các nhà máy điện phân nước. Hydro sẽ được đưa vào nhà máy Haber-Bosch truyền thống để sản xuất 1,2 triệu tấn amoniac mỗi năm - một lượng lớn ngay cả theo tiêu chuẩn thông thường.

Air Products sẽ chi thêm 2 tỷ đô la để thiết lập một kế hoạch phân phối mới. Nó sẽ vận chuyển amoniac trên khắp thế giới đến các nhà máy chuyên dụng được lắp đặt tại các kho chứa xe buýt và xe tải chạy bằng pin hydro. Các đơn vị này sẽ phân tách amoniac để thu hồi hydro, đủ cho tất cả 15.000 xe tải và xe buýt.

Khi Giám đốc điều hành Seifi Ghasemi của Air Products công bố dự án vào mùa hè năm ngoái, ông nói với các nhà phân tích rằng ông coi đây như một nghiên cứu khả thi cho một ngành công nghiệp hoàn toàn mới. Ông nói: “Chúng tôi tự hào là một phần của cam kết này vì đây là dự án đầu tiên, lớn nhất và sáng tạo nhất để biến ước mơ của nhân loại về năng lượng không có carbon thành hiện thực.

Các công ty khác cũng làm theo với các dự án lớn. Vào tháng 10, Yara cho biết họ đang xem xét lắp đặt các thiết bị điện phân tại nhà máy amoniac ở Sluiskil, Hà Lan, để tạo ra đủ hydro cho 75.000 tấn amoniac. Nhà máy sẽ chạy bằng công suất 100 MW từ một trang trại gió mới ngoài khơi.

Và vào tháng 12, công ty đã công bố một dự án lớn hơn: máy điện phân mới tại nhà máy của họ ở Porsgrunn, Na Uy, sản xuất 500.000 tấn amoniac mỗi năm.

Năng lượng sẽ đến từ lưới năng lượng của Na Uy, vốn đã được tái tạo 98% nhờ các nguồn thủy điện tươi tốt của đất nước. Yara muốn bán amoniac làm nhiên liệu cho tàu. Công ty đang tìm kiếm các ưu đãi từ chính phủ Na Uy trước khi tiến hành.

CF Industries đang khởi động dự án amoniac xanh lớn đầu tiên ở Mỹ. Trong vòng 3 năm tới, công ty sẽ chi 100 triệu đô la để chuyển đổi 20.000 tấn amoniac thông thường mỗi năm tại nhà máy hàng đầu của họ ở Donaldsonville, Louisiana, thành màu xanh lá cây bằng cách lắp đặt các thiết bị điện phân. Nguồn điện cho nhà máy sẽ là nguồn điện tái tạo được mua từ lưới điện.

Theo ước tính của CF, sản xuất amoniac xanh sẽ tốn khoảng 500 USD / tấn, gấp khoảng 3 lần so với amoniac thông thường. Nhưng công ty ước tính rằng họ có thể kiếm được 2.200 đô la mỗi tấn trên thị trường năng lượng thay thế, gấp khoảng tám lần so với thông thường.

Hơn nữa, Will nói, thị trường có tiềm năng rất lớn. Ông nói: “Amoniac chiếm một phần tương đối nhỏ trong các ứng dụng hàng hải, chưa nói đến các ứng dụng hydro tổng thể, và bạn đang nói về việc tăng gấp đôi năng lực sản xuất amoniac toàn cầu hiện tại,” ông nói.

Cho đến thời điểm này, chúng tôi đã kinh doanh bằng cách bán giá trị nitơ của phân tử. Điều thực sự thú vị về điều này là bây giờ có một cơ hội và một thị trường định giá phần hydro của phân tử.

Tony Will, Giám đốc điều hành, CF Industries

CF đã nghiên cứu nhiên liệu amoniac được một thời gian và gần đây đã nhận được rất nhiều “yêu cầu từ đầu vào”, Will nói. Nhiều người đến từ Nhật Bản, nơi các công ty điện đang thử nghiệm luyện khí amoniac trong các nhà máy điện chạy bằng than với mục đích một ngày nào đó sẽ chuyển đổi hoàn toàn thành amoniac.

Không phải ai cũng lạc quan như Will. Andrea Valentini, hiệu trưởng phụ trách khu vực Châu Á - Thái Bình Dương và Trung Đông tại Argus Consulting Services, chỉ ra một số rào cản mà ngành phải rõ ràng nếu muốn thiết lập amoniac xanh làm nhiên liệu thay thế.

Một vấn đề là các động cơ hàng hải có khả năng sử dụng amoniac vẫn chưa có sẵn. Valentini nói: “Các nhà phát triển đang nói về năm 2024 như một dòng thời gian. "Tôi không nghĩ điều đó không thực tế."

Trong một sáng kiến ​​như vậy, nhà sản xuất động cơ Phần Lan Wartsila đang bắt đầu từ năm nay để thử nghiệm một động cơ thủy bốn kỳ sử dụng nhiên liệu amoniac. Nói cách khác, MAN Energy đang hoàn thiện một động cơ amoniac hai kỳ.

Ẩn số khác rất nhiều. Valentini cho biết: “Chúng tôi có một số lượng rất lớn các dự án trên khắp thế giới, đặc biệt là ở Úc và Ả Rập Xê-út, những dự án sẽ sản xuất hydro xanh với khối lượng đòi hỏi phải cải thiện đáng kể về chi phí và hiệu quả của máy điện phân. Và các công ty đang hy vọng giải quyết một thị trường chưa tồn tại. "Vì vậy, trên giấy tờ, đó là một đề xuất rủi ro."

Và khi các công ty nhìn thấy tỷ suất lợi nhuận cao đối với amoniac xanh, Valentini nhìn thấy chi phí. Ông nói: “Từ phía nguồn cung cấp, nói về phí bảo hiểm luôn là một điều tốt, nhưng phí bảo hiểm đối với một nhà cung cấp có nghĩa là những người khác ở phía dưới sẽ phải chịu gánh nặng, và điều đó có nghĩa là chúng ta với tư cách là người tiêu dùng,” ông nói.

CF Industries có kế hoạch sản xuất amoniac tại cơ sở của mình ở Donaldsonville, Louisiana.

CF Industries có kế hoạch sản xuất amoniac tại cơ sở của mình ở Donaldsonville, Louisiana.

Một câu hỏi khác đối với lĩnh vực amoniac xanh là liệu có đủ năng lượng tái tạo để hỗ trợ nó hay không. Dự báo về năng lượng tái tạo là khả quan. Ví dụ, Triển vọng Năng lượng mới nhất của BP cho biết năng lượng tái tạo sẽ tăng từ 5% nguồn cung năng lượng trên thế giới vào năm 2018 lên 45–60% vào năm 2050 khi chi phí giảm 30–70%.

Theo Valentini, amoniac xanh có thể cung cấp một lộ trình nhanh hơn và rẻ hơn cho nền kinh tế hydro. Ông nói: “Có lẽ thị trường đang tập trung nhiều hơn vào amoniac xanh vì các thông tin xác thực về màu xanh lá cây hoàn hảo. “Nhưng nếu bạn nhìn vào tiềm năng của việc sử dụng các cơ sở hiện có và các nguồn năng lượng hiện có, amoniac xanh nên đóng một vai trò quan trọng, cho dù đó là vai trò chuyển tiếp hay là một phần của hỗn hợp năng lượng dài hạn.”

Điều này có thể đặc biệt đúng ở Bắc Mỹ, nơi ngành công nghiệp dầu khí lớn giữ cho chi phí sản xuất amoniac thông thường thấp và tạo cơ hội sử dụng carbon dioxide trong việc thu hồi dầu nâng cao (EOR) hoặc để lưu trữ lâu dài khí nhà kính dưới lòng đất.

Thật vậy, khi CF công bố dự án amoniac xanh, họ cũng hứa sẽ theo đuổi các dự án amoniac xanh 3,5 triệu tấn mỗi năm. Will cho biết đây sẽ là chi phí tương đối thấp, tương tự như amoniac thông thường, đồng thời lưu ý rằng công ty đã thu giữ CO 2 để sản xuất urê.

Will cho biết cần phải đầu tư thêm ít vốn để nén CO 2 và đưa nó đến các đường ống để cô lập. Và việc giảm thuế sẽ bù đắp những chi phí đó. Ví dụ, khoản tín dụng thuế 45Q mới ở Mỹ đưa ra mức 50 USD / tấn đối với kho CO 2 vĩnh viễn và 35 USD / tấn để sử dụng trong EOR.

Will nói, một nửa tá dự án phân lập đang được tiến hành không xa nhà máy Donaldsonville của CF. Một đường ống phục vụ thị trường EOR cũng ở gần đó.

Một nhà sản xuất phân bón khác, Nutrien, cũng đang đặt cược vào amoniac xanh. Vào năm 2019, công ty đã bắt đầu một hệ thống ở Redwater, Alberta, để bơm gần 300.000 tấn CO 2 mỗi năm , sản phẩm phụ của khoảng 250.000 tấn sản xuất amoniac, vào một đường ống dẫn EOR mới trị giá 1,2 tỷ đô la. Kể từ năm 2013, Nutrien đã bán khoảng 250.000 tấn CO 2 mỗi năm vào thị trường EOR từ nhà máy Geismar, Louisiana, của mình.

Hiện tại, theo Ashley Harris, Giám đốc cấp cao về hoạt động và đổi mới môi trường của Nutrien, lợi ích tài chính duy nhất của việc thu giữ CO 2 là nguồn thu nhập bổ sung từ việc bán nó. Ông nói: “Như chúng tôi mong đợi, nếu thị trường amoniac xanh xuất hiện, nơi chúng tôi tìm thấy các đối tác sẵn sàng trả tiền cho amoniac carbon thấp, thì đó sẽ là một loại hình kinh doanh khác.

Các chuyên gia cho rằng amoniac xanh cần có các tiêu chuẩn công nghiệp được chứng nhận, tương tự như sự phân biệt tín dụng thuế 45Q giữa CO 2 được cô lập vĩnh viễn hoặc tái sử dụng. Một số sắc thái của amoniac xanh lam có hàm lượng cacbon thấp hơn các loại khác, và không có loại nào có hàm lượng cacbon thấp như amoniac xanh lục.

Các nhà sản xuất amoniac hy vọng sẽ có các tiêu chuẩn trong tay vào cuối năm nay. “Thị trường cuối cùng cần sự rõ ràng,” Harris nói. Với chứng nhận, một khoản phí bảo hiểm cho amoniac xanh có thể sẽ xuất hiện. Nutrien đang “làm việc với những người dùng cuối tiềm năng để xác định giá trị của sản phẩm đối với họ,” Harris nói.

Không giống như CF, Nutrien trước mắt vẫn tập trung vào amoniac xanh và cho đến nay vẫn chưa đầu tư vào amoniac xanh. Harris nói: “Chúng tôi có một giải pháp carbon thấp giúp giảm đáng kể cường độ carbon với chi phí thấp hơn nhiều so với công nghệ xanh hiện nay.

Một cách tiếp cận khác, được gọi là amoniac xanh ngọc, là con đường mà các công ty khởi nghiệp Vật liệu Monolith đang đi. Tháng 7 năm ngoái, công ty đã hoàn thành một nhà máy ở Hallam, Nebraska, phân hủy khí tự nhiên thành hydro và carbon nguyên tố, một loại vật liệu được ngành công nghiệp gọi là carbon đen. Muội than được bán làm chất độn cho lốp xe và cao su.

Phản ứng của nhà máy được bắt đầu bằng một ngọn đuốc plasma chạy bằng năng lượng tái tạo. “Vẻ đẹp của nhà máy này là chúng tôi có thể tạo ra hydro từ khí tự nhiên mà không thải ra CO 2 ,” Giám đốc điều hành của Monolith, Rob Hanson cho biết.

Nhà máy bắt đầu với công suất 14.000 tấn carbon đen / năm. Tiếp theo, Monolith hiện đang xây dựng một nhà máy đen mới, trị giá 180.000 tấn carbon và sẽ sử dụng hydro sản phẩm để tạo ra 270.000 tấn amoniac.

Tạo amoniac là một ý tưởng tương đối mới đối với Monolith. Kế hoạch ban đầu của nó là bán hydro cho Khu điện lực công cộng Nebraska để đốt lấy điện. Nhưng các nhà điều hành Monolith có kinh nghiệm về phân bón đã có những ý tưởng khác khi họ nghiên cứu dự án. Hanson nói: “Chắc chắn việc tạo ra amoniac bằng hydro sẽ có giá trị hơn là đốt nó để tạo ra điện.

Tuy nhiên, công ty có một mô hình khác với các nhà phát triển amoniac xanh. Nhà máy nằm ở giữa Vành đai ngô của Hoa Kỳ, sẽ bán amoniac dưới dạng phân bón các-bon thấp chứ không phải là nhiên liệu.

Valentini, nhà tư vấn, tiếp tục thận trọng về amoniac carbon thấp, nhưng ông nhận thấy một dấu hiệu quan trọng cho thấy phương pháp này có thể thắng thế: các nhà sản xuất amoniac, người dùng cuối và chính phủ dường như muốn nó thành công và đang ủng hộ nó theo thời gian thực và tiền bạc. Ông nói: “Nhiều bên liên quan ở các cấp độ khác nhau của chuỗi giá trị đều đi về cùng một hướng. "Tất cả đều có những mục tiêu giống nhau."

Sưu tầm và dịch bài viết - Phạm Hải Sơn 

Đánh giá - Bình luận
Nhận xét đánh giá

Không được bỏ trống

Không được bỏ trống

Không được bỏ trống

Danh mục tin tức

Vui lòng đợi

Chúng tôi sẽ liên hệ tới bạn sớm nhất có thể

Có lỗi hệ thống, vui lòng thử lại sau, xin cảm ơn!.

096 302 9988