Nhật Bản đốt than với amoniac để cắt giảm khí thải

Dự án thử nghiệm được xúc tiến bởi Công ty JERA, một liên doanh giữa Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO) và Công ty Điện Chubu - hợp tác với Tập đoàn IHI (một công ty kỹ thuật của Nhật Bản), dự kiến kéo dài trong 4 năm từ năm 2021 - 2025. Đây là dự án lớn đầu tiên trên thế giới phát triển công nghệ cho phép cùng đốt một lượng đáng kể amoniac tại một nhà máy nhiệt điện đốt than thương mại quy mô lớn.

Mục tiêu của dự án là đạt tỷ lệ cùng đốt amoniac 20% tại Tổ máy 1 GW số 4 của Nhà máy nhiệt điện Hekinan vào năm 2024. Cùng với việc phát triển công nghệ cùng đốt than và amoniac, dự án sẽ đánh giá sự hấp thụ nhiệt của lò hơi cũng như các tác động đến môi trường của công nghệ cùng đốt, chẳng hạn như khí thải. Dự kiến trong thập kỷ 2040, JERA sẽ sử dụng 100% amoniac làm nhiên liệu như một phần trong mục tiêu trung hòa carbon của Công ty.

Amoniac - nhiên liệu thay thế khả thi

Amoniac, một hợp chất của nitơ và hydro, có thể vận chuyển và lưu trữ hydro một cách hiệu quả với chi phí thấp và giữ vai trò như một chất mang năng lượng. Amoniac không thải ra khí CO2 khi đốt cháy và từ lâu đã được cho là nhiên liệu thay thế khả thi trong sản xuất nhiệt điện. Dự án thử nghiệm này của JERA là một phần trong động thái của Nhật Bản, quốc gia phát thải khí nhà kính lớn thứ 5 thế giới, nhằm đạt được mục tiêu không phát thải CO2 vào năm 2050.

JERA cũng cam kết “không phát thải CO2 vào năm 2050”. Để thực hiện tuyên bố này, song song với việc phát triển kinh doanh sản xuất, JERA đã và đang nỗ lực cắt giảm lượng khí thải CO2 từ các doanh nghiệp trong và ngoài nước xuống bằng 0 vào năm 2050 thông qua việc phát triển công nghệ khử carbon, đẩy mạnh sử dụng nhiên liệu xanh hơn và theo đuổi nhiệt điện không thải ra khí CO2 trong quá trình phát điện.

Trong giai đoạn đầu của dự án, từ tháng 8 đến tháng 12/2021, JERA dự kiến sẽ đốt khoảng 200 tấn amoniac trong các thử nghiệm quy mô nhỏ, sử dụng các đầu đốt tại Tổ máy 1 GW số 5 của Nhà máy nhiệt điện Hekinan, nằm ở quận Aichi, miền Trung Nhật Bản. Theo các nhà chức trách của JERA, công ty này sẽ phụ trách mua amoniac và xây dựng các cơ sở liên quan như bể chứa và thiết bị bay hơi tại nhà máy. Vai trò của IHI là phát triển các đầu đốt cho dự án thử nghiệm.

Dự án thử nghiệm cùng đốt amoniac với than của JERA và Tập đoàn IHI tại Tổ máy 1 GW số 4 của Nhà máy nhiệt điện Hekinan. Ảnh: JERA

Theo ước tính ban đầu, chi phí sản xuất điện tại một nhà máy điện đốt than với 20% amoniac là 12,9 yên (0,12 USD)/kWh, cao hơn 20% so với mức 10,4 yên (0,10 USD)/kWh không có amoniac. JERA kỳ vọng chính phủ Nhật Bản sẽ tài trợ ít nhất 50% cho dự án thử nghiệm này.

Sau thảm họa tại Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi hồi năm 2011, sản xuất nhiệt điện của Nhật Bản - một quốc đảo nghèo tài nguyên - trở nên quan trọng hơn sau khi quốc gia này đã cùng lúc cho đóng cửa tất cả 54 lò phản ứng hạt nhân của mình, trong đó, khoảng 1/3 số lò phải ngừng hoạt động vĩnh viễn. Hiện tại, chỉ có 4 lò phản ứng đang hoạt động trên cả nước Nhật Bản. Theo dữ liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), cường độ CO2 trong ngành điện của Nhật Bản đã tăng mạnh trong những năm sau sự cố Fukushima, khi quốc gia này chuyển sang các giải pháp thay thế gây ô nhiễm nhiều hơn.

Hiện nay, nhiên liệu hóa thạch như khí đốt tự nhiên, khí hóa lỏng và than đá được sử dụng để tạo ra phần lớn điện năng của Nhật Bản. Tuy vậy, để đạt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050 và giảm 20% lượng khí thải vào năm 2030 so với mức năm 2013 theo cam kết Paris, Chính phủ Nhật Bản buộc phải lên kế hoạch giảm bớt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, cắt giảm khí thải CO2 nhờ áp dụng các công nghệ tiên tiến, đồng thời tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo trong bối cảnh tương lai của năng lượng hạt nhân khá ảm đạm.

Thiết lập chuỗi cung ứng amoniac

Trong năm tài chính 2024-2025, JERA dự kiến sẽ mua từ 30.000 đến 40.000 tấn amoniac nhằm đáp ứng việc triển khai cùng đốt amoniac 20% tại Tổ máy số 4 của Nhà máy điện Hekinan - một trong những nhà máy điện đốt than lớn nhất thế giới.

Theo báo cáo của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản, một nhà máy nhiệt điện đốt than 1 GW ước tính sẽ cần khoảng 500.000 tấn amoniac/năm cho 20% cùng đốt với than. Chính vì vậy, các quan chức Nhật Bản cho biết họ sẽ tạo ra một chuỗi cung ứng amoniac toàn cầu để sử dụng làm nhiên liệu, nhằm đáp ứng gia tăng nhu cầu nhiên liệu amoniac hàng năm của nước này từ mức 0 hiện tại lên 3 triệu tấn vào năm 2030.

Sơ đồ phác thảo lò hơi và đầu đốt được cải tiến cho dự án tại Nhà máy Hekinan. Ảnh: JERA

Amoniac hiện được sử dụng làm phân bón và các vật liệu công nghiệp khác. Các nhà nghiên cứu cho rằng, cùng với khí hydro, amoniac có thể là một nguồn năng lượng quan trọng trong tương lai và cần được đánh giá cao vì nhiên liệu này không thải ra CO2 khi đốt cháy và là nhiên liệu thay thế khả thi trong sản xuất nhiệt điện.

Mai Đan