Hiện thực hóa Kinh tế Hydro Xanh thông qua Công nghệ Sinh học

GS. Lý Thời Trung – Đại học Thanh Hoa, bài thuyết trình tại Hội thảo VAHC Hydro Sạch - Công nghệ và Giải pháp cho các ngành khó giảm phát thải & giải pháp tài chính đổi mới cho dự án hydrogen phục vụ nghề cá

1. Bối cảnh toàn cầu về sử dụng Hydro

• Nhu cầu Hydro toàn cầu đã đạt 95 triệu tấn, gây ra 1.120 triệu tấn khí CO₂, phản ánh mức phát thải lớn từ các phương pháp sản xuất hydro hiện nay.

• Phản ứng chính để sản xuất hydro:

  • Từ ethanol:
    C₂H₅OH + 3H₂O → 6H₂ + 2CO₂

  • Từ biochar:

    1. C + H₂O → CO + H₂

    2. CO + H₂O → CO₂ + H₂

2. Những thách thức với các dự án hydro xanh hiện tại

• Shell đã hủy bỏ dự án e-SAF tại Thụy Điển.

• Vattenfall cũng hủy kế hoạch sản xuất hydro ngoài khơi, dù đã được phê duyệt khoản tài trợ 80,2 triệu euro từ EU.

• Chưa từng có máy điện phân nào kết nối với tuabin gió ngoài khơi để sản xuất hydro.

3. Sản xuất Biochar và Hydro từ sinh khối

Phân hủy nhiệt sinh khối (BTF):

• Chuyển đổi phụ phẩm nông – lâm nghiệp thành:

  • Biochar (than sinh học)

  • Khí dễ cháy sinh học

  • Dầu sinh học (bio-crude)

Ưu điểm của Biochar:

• Độ ẩm thấp, nhiệt trị cao, mật độ năng lượng lớn

• Dễ bảo quản và vận chuyển

• Phù hợp cho ngành xi măng và gốm sứ

Hiệu quả kinh tế dự án ví dụ:

• Đầu vào: 100.000 tấn sinh khối/năm

• Đầu ra: 30.000 tấn biochar + 72.000 MWh điện

• Vốn đầu tư: 18 triệu USD

• Lợi nhuận ròng hàng năm: 4,156 triệu USD

4. Hạ tầng Hydro – Bài toán Chi phí

Trạm nạp Hydro (HRS):

• Tính đến cuối năm 2024: 1.369 trạm tại 44 quốc gia, 416 trạm đang xây hoặc lên kế hoạch

• Chi phí xây trạm 500 kg/ngày tại 35 MPa: khoảng 12 triệu Nhân dân tệ (~1,7 triệu USD)

  • Chi phí thiết bị chiếm 70%

  • Gấp 3 lần trạm xăng truyền thống

5. Cải tiến reforming ethanol để sản xuất Hydro

Reforming Ethanol tại chỗ (trạm/xe):

• Tái tạo ethanol thành hydro tại trạm hoặc trong xe

• Diện tích cần cho điện phân nước: 250 m²

• Mật độ năng lượng ethanol: 23,6 MJ/L so với hydrogen 5,6 MJ/L (700 bar)

Reforming trong phương tiện:

• Dung dịch ethanol 40% được lưu trữ trong bình nhiên liệu

• Sử dụng xúc tác nickel để tạo hydro ngay trong xe

• Cung cấp cho pin nhiên liệu PEM

• CO đầu ra < 10 ppm, hiệu suất hydro ~90%

6. So sánh chi phí vận hành và khí thải

7. Cây Lúa Miến Ngọt – Nguồn nguyên liệu Chiến lược

Vì sao chọn Lúa miến ngọt?

• Chịu hạn, sinh trưởng trên đất xấu

• Năng suất cao: 180 tấn thân + 4 tấn hạt/ha/năm (2 vụ/năm)

• Giàu đường – thích hợp sản xuất ethanol

• Giảm xung đột “lương thực – nhiên liệu” (so với bắp, mía)

• Phụ phẩm như bã có thể dùng làm thức ăn chăn nuôi, giấy, phân...

8. Công nghệ ASSF – Lên men rắn tiên tiến

Đặc điểm nổi bật:

• Lên men thân lúa miến giàu đường thành ethanol

• Phát triển bởi nhóm GS. Lý, đã được cấp bằng sáng chế tại nhiều quốc gia

• Không sử dụng nhiên liệu hóa thạch, không phát sinh nước thải

• Đã thử nghiệm thành công ở quy mô công nghiệp

• Sẵn sàng thương mại hóa

9. Các mô hình ứng dụng

Mô hình I: Nhiên liệu & Thức ăn chăn nuôi

• Bã lúa miến lên men có thể thay thế silage bắp

• Giá trị dinh dưỡng cạnh tranh

Mô hình II: Ethanol & Bột giấy

• Sản xuất bột giấy ngay tại chỗ từ bã lên men

• 1 tấn bã → 0,4 tấn bột giấy

• Tiết kiệm 31% năng lượng so với nghiền rơm thông thường

Mô hình III: Đồng sản xuất ethanol thế hệ 1 & 2

• Từ 1 tấn cây tươi:

  • ~100,8 kg ethanol

  • Không mất chi phí thu gom nguyên liệu hay tiền xử lý

Mô hình IV: Xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

• Lúa miến hấp thụ kim loại như Cadmium (Cd)

• Đốt sạch cho điện và thu hồi kim loại từ tro

• Giải pháp khả thi và kinh tế nhất cho xử lý đất ô nhiễm

10. Năng suất và điểm hòa vốn

• 1 ha (2 vụ/năm) tạo ra:

  • 7–8 tấn ethanol

  • Kèm theo: 60 tấn thức ăn, 10.000 kWh điện, 4.000 Nm³ biogas, hoặc 6 tấn giấy đóng gói

Ví dụ tại Trung Quốc:

• Nhà máy: 10.000 tấn/năm

• Diện tích: ~1.300 ha

• Tổng chi phí: 97 triệu Nhân dân tệ

• Doanh thu: 60 triệu Nhân dân tệ/năm

• Hòa vốn: ~2,6 năm

11. Tiềm năng ứng dụng tại Việt Nam và ASEAN

• Công nghệ lúa miến ngọt & ASSF rất phù hợp với:

  • Hệ thống nông nghiệp nhiệt đới

  • Xử lý đất nghèo hoặc ô nhiễm

  • Tạo nhiên liệu sạch & nâng cao an ninh năng lượng, thức ăn chăn nuôi

• Việt Nam có lợi thế:

  • Nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào

  • Nhu cầu cao về năng lượng sạch, bền vững

  • Phát triển đồng thời nông thôn & công nghiệp

Kết luận

GS. Lý Thời Trung đưa ra một giải pháp khả thi cho kinh tế hydro xanh thông qua sinh học hóa học (biomanufacturing), tận dụng:

• Cây lúa miến ngọt

• Công nghệ ASSF

• Reforming ethanol tại chỗ
  Qua đó, có thể:

• Giảm phụ thuộc hóa thạch

• Tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp

• Tạo việc làm và giá trị mới cho nông thôn

• Góp phần hiện thực hóa trung hòa carbon tại ASEAN

“Điều tưởng chừng không thể – đến một lúc nào đó – sẽ thành hiện thực.” – GS. Lý Thời Trung

 

Vui lòng email cho chúng tôi theo địa chỉ contact@vahc.com.vn để nhận bài thuyết trình trọn vẹn.