Nghiên cứu DOE: 10 Nhiên liệu sinh học có thể giảm khí thải nhà kính lên đến 60%

Nghiên Cứu Co-Optima của DOE Xác Định Các Đường Dẫn Sinh Khối Sinh Học Tác Động Cao

Hai nghiên cứu được đánh giá ngang hàng từ Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Argonne của Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ, được sản xuất trong sự hợp tác với NREL, PNNL và INL, đã đưa ra một phát hiện quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng carbon thấp toàn cầu: 10 đường dẫn sản xuất sinh khối sinh học cụ thể có thể giảm phát thải khí nhà kính (GHG) trong toàn bộ vòng đời xuống khoảng 60% so với xăng hóa thạch thông thường.

Nghiên cứu được thực hiện dưới chương trình Tối Ưu Hóa Đồng Thời Nhiên Liệu và Động Cơ (Co-Optima) của DOE, được dẫn dắt chung bởi Văn phòng Năng suất Năng lượng và Năng lượng Tái tạo, Văn phòng Công nghệ Sinh khối, và Văn phòng Công nghệ Ô tô. Liên minh Co-Optima bao gồm chín phòng thí nghiệm quốc gia và hơn 20 đối tác từ đại học và ngành công nghiệp, tất cả đều tập trung vào đổi mới đồng thời trong hóa học nhiên liệu và thiết kế động cơ.

Công cụ phân tích cốt lõi được sử dụng trong cả hai nghiên cứu là mô hình GREET của Argonne (Khí nhà kính, Phát thải được quản lý và Năng lượng sử dụng trong Công nghệ)—khung tiêu chuẩn của ngành cho việc tính toán GHG trong hệ thống nhiên liệu và năng lượng.

“Chúng ta đang ở giao điểm của những đổi mới mới trong động cơ và sinh khối sinh học,” Troy Hawkins, quản lý nhóm sản phẩm và nhiên liệu của Argonne cho biết. “Thiết kế các nhiên liệu và động cơ carbon thấp để hoạt động cùng nhau có thể tối đa hóa hiệu suất năng lượng và hiệu suất phương tiện.”

Hai Nền Tảng Động Cơ, Nhiều Đường Dẫn Nguyên Liệu

Nghiên cứu 1 — Động Cơ Đốt Trong Đa Chế Độ (Xe Hơi)

Các nhà nghiên cứu đã sàng lọc 12 đường dẫn sản xuất sinh khối sinh học được tối ưu hóa cho động cơ đốt trong đa chế độ—các hệ thống có khả năng chuyển đổi giữa chế độ đánh lửa và chế độ đốt tùy thuộc vào điều kiện lái xe. Nguyên liệu đầu vào bao gồm chất thải gỗ, rơm ngô, và các sản phẩm phụ nông nghiệp và lâm nghiệp khác. Các công nghệ chuyển đổi được áp dụng là lên men, xúc tác áp suất cao/ nhiệt độ cao (HPHT), và các sự kết hợp lai của cả hai.

Trong số 12 đường dẫn được đánh giá, bảy trong số đó được phát hiện là có chi phí cạnh tranh với chi phí nhiên liệu dầu mỏ hiện tại, dựa trên phân tích kinh tế kỹ thuật từ NREL và PNNL. Quan trọng, mười trong số mười hai cho thấy sự giảm GHG khoảng 60% trong các đánh giá vòng đời GREET. Các loại nhiên liệu được xác định bao gồm rượu, hỗn hợp furan, và alken.

Nghiên cứu 2 — Động Cơ Đốt Nén Kiểm Soát Lai (Freight/Diesel)

Nghiên cứu thứ hai mở rộng phân tích sang 25 đường dẫn sản xuất nhắm tới động cơ chu trình diesel được sử dụng chủ yếu trong vận tải thương mại. Các nguyên liệu đầu vào trải dài từ sinh khối lignocellulosic (mùn gỗ, rơm ngô) đến dầu thực vật (đậu nành, đu đủ) đến dòng chất thải ướt và mỡ đã qua sử dụng. Các công nghệ chuyển đổi bao gồm lên men, khí hóa, và lỏng hóa thủy nhiệt.

Mười hai trong số 25 đường dẫn đạt được sự giảm GHG trong vòng đời vượt quá 60%. Hầu hết các đường dẫn đều có chi phí cạnh tranh so với giá khí tự nhiên hiện tại. Damon Hartley, trưởng Nhóm Nghiên cứu và Phân tích Thao tác của INL, đã lưu ý rằng trong khi sự đa dạng của các nguồn sinh khối hiện có đại diện cho tiềm năng thay thế đáng kể cho các nhiên liệu và hóa chất từ dầu mỏ, sự biến động về chất lượng nguyên liệu đầu vào vẫn là thách thức kỹ thuật chính ảnh hưởng đến sự nhất quán trong chuyển đổi.

Những Tác Động Đối Với Cung Cấp Nguyên Liệu Sinh Khối Công Nghiệp

Các nguyên liệu sinh khối nằm trong tâm điểm của cả hai nghiên cứu DOE—chất thải gỗ, tàn dư nông nghiệp, sản phẩm phụ lâm nghiệp—chính là những nguyên liệu thô mà các dây chuyền sản xuất viên sinh khối quy mô công nghiệp được thiết kế để xử lý. Khi các khung chính sách và đầu tư tư nhân ngày càng đồng nhất về các đường dẫn nhiên liệu carbon thấp đã được xác minh, khả năng chuyển đổi nguyên liệu đầu vào ổn định và quy mô lớn trở thành yêu cầu chiến lược trong chuỗi cung ứng.

Các dây chuyền sản xuất viên sinh khối ướt của Kingwood được thiết kế để xử lý nguyên liệu sinh khối ướt có độ ẩm cao ở quy mô lớn, tích hợp nghiền, xay thô, sấy, xay mịn, ép viên, và đóng gói tự động vào một quy trình khép kín duy nhất. Các cấu hình dây chuyền sản xuất có thể được thiết kế để sản xuất lên tới 200.000 tấn mỗi năm, với hệ thống hoàn chỉnh bao gồm việc loại bỏ bụi và tự động hóa nhất quán với Khung Ba Tiêu Chuẩn của Kingwood cho thiết kế dây chuyền sản xuất viên công nghiệp.

Đối với các nhà điều hành cung cấp nguyên liệu sinh khối vào thị trường sinh khối sinh học hoặc đốt trực tiếp, việc lựa chọn thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số chất lượng đầu ra bao gồm độ ẩm, giá trị nhiệt, và hàm lượng tro. Các viên sinh khối của Kingwood được sản xuất trên những dây chuyền này đạt giá trị nhiệt là 4.800 kcal/kg, độ ẩm dưới 15%, hàm lượng lưu huỳnh dưới 0.3%, và hàm lượng tro dưới 18%—các chỉ tiêu phù hợp với các yêu cầu của thị trường EU, ISO, và Hoa Kỳ.

Các nhà nghiên cứu DOE nhấn mạnh rằng phân tích vòng đời và mô hình hóa kinh tế kỹ thuật nên hướng dẫn các quyết định của các bên liên quan trong giai đoạn đầu về lựa chọn đường dẫn và đầu tư cơ sở hạ tầng. Đối với việc mua sắm thiết bị, nguyên tắc tương tự cũng áp dụng: lập kế hoạch công suất cho một dây chuyền sản xuất viên sinh khối yêu cầu việc tính toán chi tiết về nguyên liệu đầu vào và kỹ thuật quy trình trước khi cam kết vốn.

Các nhà nghiên cứu Co-Optima lưu ý rằng trong khi các nghiên cứu hiện tại tập trung vào nhiên liệu vận tải, Argonne đang tích cực mở rộng phân tích đường dẫn sinh khối sinh học sang các lĩnh vực khó điện hóa bao gồm hàng không và hàng hải—các thị trường cũng phụ thuộc vào các loại vận chuyển năng lượng dày đặc, ổn định từ nguồn năng lượng sinh khối như nhiên liệu rắn viên nén.

“Bộ Năng Lượng đang làm việc để phát triển các giải pháp khử carbon bền vững cho lĩnh vực giao thông,” Hawkins nói. “Chúng tôi sẽ tiếp tục mở rộng công việc quan trọng của Co-Optima.”

---

Kingwood (Công ty TNHH Công nghiệp Jiangsu Kingwood) là nhà sản xuất thiết bị viên sinh khối có trụ sở tại Công viên Công nghiệp Zhongguancun Liyang, tỉnh Giang Tô, Trung Quốc. Được thành lập vào năm 1999, Kingwood đã hỗ trợ các dự án dây chuyền sản xuất sinh khối ở 30 quốc gia và giữ các chứng nhận ISO 9001, ISO 14001, và CE. Mã cổ phiếu: 871765 (NEEQ).