Cuộc đua tìm kiếm nguồn năng lượng của tương lai đang diễn ra và nhiên liệu e-fuels tổng hợp có thể là một trong số đó, nhưng chúng thực sự khả thi đến mức nào?
Nhiên liệu tổng hợp, hay e-fuels là nhiên liệu nhân tạo được sản xuất ở dạng lỏng hoặc khí bằng cách tổng hợp từ các bon và oxy từ chất hữu cơ tái tạo và khí quyển. Vì vậy, bất kỳ nhiên liệu nào không có nguồn gốc từ dầu thô tự nhiên đều có thể được phân loại là nhiên liệu tổng hợp. Do đó, không giống như nhiên liệu hóa thạch được tìm thấy ở dưới lớp vỏ trái đất với số lượng hữu hạn, nhiên liệu tổng hợp có thể được sản xuất vô tận để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của thế giới.
Khả năng lái những chiếc xe ICE mà không phải lo lắng về những thứ thoát ra từ phần đuôi xe là giấc mơ của tất cả những người sử dụng xăng trên toàn cầu. Sự gia tăng nhanh chóng của ô tô điện đã bộc lộ nhiều nhược điểm của công nghệ thời đại mới này, chẳng hạn như tình trạng thiếu chip và lithium đang diễn ra, xử lý pin đã qua sử dụng một cách an toàn, v.v. Với áp lực ngày càng tăng trong việc tìm kiếm các phương tiện giao thông cá nhân bền vững, bao gồm cả việc thúc đẩy sử dụng pin thể rắn, rõ ràng hơn bao giờ hết, thế giới có thể sử dụng một nguồn năng lượng thay thế để thúc đẩy khả năng di chuyển cá nhân. Vậy nhiên liệu tổng hợp hay e-fuels có nắm giữ chìa khóa cho tương lai của ô tô hay đó chỉ là vẻ bề ngoài quá tốt để có thể trở thành sự thật?
Nhiên liệu tổng hợp có thể được sản xuất bền vững
Nhiên liệu tổng hợp còn khá mới và khả năng tồn tại trên quy mô lớn vẫn chưa được thử nghiệm, nhưng về mặt lý thuyết, nhiên liệu tổng hợp được sản xuất bằng các nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời và thủy điện có thể chứng tỏ tính bền vững về lâu dài. Quá trình sản xuất nhiên liệu tổng hợp sử dụng các nguồn tài nguyên tái tạo được gọi là Power-to-Liquid (PtL) hoặc Power-to-Gas (PtG), sử dụng điện thu được từ các nguồn không phát thải như gió và mặt trời để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành nhiên liệu tổng hợp. Quá trình này bao gồm quá trình điện phân nước để tách hydro, sau đó kết hợp với carbon dioxide được chiết xuất từ khí quyển. Hỗn hợp thu được làm phát sinh các hydrocacbon lỏng như metanol, chất này có thể được xử lý tiếp thành xăng tổng hợp hoặc dầu diesel. Miễn là điện cho quá trình sản xuất có thể được lấy từ các nguồn không phát thải thì nhiên liệu tổng hợp có thể thực sự trung hòa carbon.
Nhiên liệu tổng hợp đảm bảo an ninh năng lượng
Cuộc xung đột đang diễn ra giữa Nga và Ukraine đã chứng minh tầm quan trọng của an ninh năng lượng và độ tin cậy và đối với nhiều khu vực trên toàn thế giới, nhiên liệu tổng hợp có thể là câu trả lời cho sự độc lập về năng lượng. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất nhiên liệu tổng hợp có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải carbon và biến chúng thành nguồn thay thế bền vững cho nhiên liệu hóa thạch. Nó cũng có thể cung cấp một cách để lưu trữ năng lượng tái tạo ở dạng lỏng, có thể được sử dụng để vận chuyển hoặc làm nguồn năng lượng dự phòng. Vì carbon dioxide được sử dụng trong quá trình này có thể được thu hồi từ các quy trình công nghiệp hoặc khí quyển, nên nó cũng có thể giúp các chính phủ điều chỉnh lượng carbon ròng hỗ trợ, từ đó góp phần tích cực vào việc giảm phát thải khí nhà kính.
Nhiên liệu tổng hợp e-fuels trung hòa carbon
Quá trình sản xuất nhiên liệu tổng hợp rất phức tạp và cần một vài bước hợp lý để đạt được sản phẩm cuối cùng, nhưng các cơ sở sản xuất được thiết kế tốt có thể biến nhiên liệu tổng hợp trở thành một lựa chọn hoàn toàn trung hòa carbon. Không giống như pin EV yêu cầu khai thác các nguồn tài nguyên hữu hạn như lithium, tất cả các nguyên liệu thô cần thiết để sản xuất nhiên liệu tổng hợp đều bền vững và sẵn có dồi dào. Miễn là năng lượng để vận hành quy trình sản xuất được lấy từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời thay vì các nhà máy điện than, thì có thể đạt được mức độ trung hòa carbon.
Đây là lý do tại sao Porsche thành lập nhà máy thí điểm nhiên liệu tổng hợp tại Punta Arenas ở Chile và chính thức bắt đầu hoạt động vào ngày 20 tháng 12 năm 2022. “Porsche cam kết theo đuổi con đường double-e: e-mobility và e-fuels như một công nghệ bổ sung. Trong giai đoạn thử nghiệm, dự kiến sản xuất nhiên liệu e-fuels khoảng 130.000 lít mỗi năm. Theo Porsche, nhiên liệu e-fuels tổng hợp có khả năng giảm tới 85% lượng khí thải CO2 của các phương tiện chạy bằng động cơ đốt trong hiện có. Nhiên liệu e-fuels thải ra ít hạt hơn và ít oxit nitơ hơn xăng ngày nay, vì chúng chỉ bao gồm 8 đến 10 nguyên tố, trong khi nhiên liệu gốc dầu chứa 30 đến 40 thành phần, phần lớn trong số đó bị đốt cháy và sau đó thải vào khí quyển dưới dạng ô nhiễm không khí.
Nhiên liệu tổng hợp E-fuels có tương thích với kiến trúc hiện tại
Thuật ngữ ‘Nhiên liệu tổng hợp’ và E-fuels khá dễ hiểu và được sử dụng để mô tả nhiên liệu dễ cháy được tổng hợp ở dạng lỏng hoặc khí, không giống như nhiên liệu hóa thạch được tìm thấy với số lượng hữu hạn dưới bề mặt trái đất và phải được khai thác và tinh chế để sử dụng. Các nhà khoa học thiết kế nhiên liệu tổng hợp thành thứ mà họ gọi là nhiên liệu ‘drop-in’. Điều đó có nghĩa là người lái xe có thể sử dụng nó để thay thế xăng mà không cần sửa đổi động cơ. Điều này có nghĩa là các phương tiện ICE cũ và hiện tại sẽ có thể chạy bằng nhiên liệu trung tính carbon này. Ngoài ra, nhiên liệu tổng hợp cũng có thể được vận chuyển và lưu trữ bằng mạng lưới đường ống, tàu chở dầu và trạm nhiên liệu hiện có mà không cần sửa đổi. Những đặc điểm này mang lại cho Nhiên liệu tổng hợp lợi thế lớn so với xe điện vì nhiên liệu tổng hợp hóa lỏng nhẹ hơn và dễ vận chuyển hơn trên quãng đường dài và hoàn hảo cho các ứng dụng trong đó trọng lượng là yếu tố chính, bao gồm các ứng dụng như hàng không và vận chuyển cùng nhiều ứng dụng khác.
Nhiên liệu tổng hợp có mức phát thải thấp hơn nhiên liệu hóa thạch
Nhiên liệu tổng hợp không chỉ bền vững trong sản xuất mà còn có khả năng giảm đáng kể lượng khí thải, bao gồm cả khí thải nhà kính, khi so sánh với nhiên liệu xăng hoặc dầu diesel truyền thống. Không chỉ vậy, nhiên liệu tổng hợp có thể được sử dụng cùng với xe điện trong tương lai, do loại nhiên liệu này có thể linh hoạt và dễ dàng thích ứng cho hầu hết các ứng dụng giao thông. Trong một cuộc phỏng vấn gần đây với tạp chí Evo, Phó chủ tịch Porsche Motorsport and GT, Tiến sĩ Frank Walliser, nói rằng nhiên liệu tổng hợp, còn được gọi là Nhiên liệu, có thể giảm tới 85% lượng khí thải carbon dioxide của những chiếc xe ICE hiện có. Và, ông nói, khi bạn tính đến tác động từ bánh xe đến giếng khoan wheel-to-well của việc sản xuất xe điện, thì đó là một sự rửa sạch.
Nhiên liệu tổng hợp E-fuels có mật độ năng lượng cao
Một trong những trở ngại lớn nhất mà Nhiên liệu tổng hợp phải đối mặt là hiệu quả của chúng, trong trường hợp này đề cập đến lượng năng lượng thực sự truyền tới các bánh xe của bạn. Xe điện có lợi thế rất lớn về mặt này vì chúng có ít bộ phận cơ khí hơn và việc truyền năng lượng đơn giản hơn, và trong một số trường hợp, truyền trực tiếp tới các bánh xe. Nhưng pin nặng và đó không phải là điều tốt cho hiệu suất. Đây là lý do tại sao việc phát triển nhiên liệu tổng hợp cùng với pin thể rắn cho xe điện là điều cần thiết và nhiều nhà sản xuất ô tô đang đầu tư vào phát triển nhiên liệu tổng hợp. Tiến sĩ Frank Walliser, phó chủ tịch phụ trách xe GT và đua xe thể thao của Porsche, cho biết tại buổi ra mắt Porsche 911 GT3 2022, một trong những nhà sản xuất ô tô như vậy là Porsche và theo hãng này, nhiên liệu tổng hợp sẽ giúp giảm 85% lượng khí thải carbon. Ông nói, điều đó sẽ tương đương với lượng khí thải “tốt tới bánh xe” thấp hơn so với ô tô điện, một khi lượng khí thải liên quan đến sản xuất được tính vào.
Nhiên liệu tổng hợp có thể mang lại cho động cơ một sức sống mới
Đối với những người đam mê xăng dầu, có những giải đua xe thể thao như Công thức 1, tất cả đều xoay quanh tỷ lệ công suất trên trọng lượng. Đội đua Công thức 1 Aston Martin Aramco Cognizant gần đây đã thông báo rằng các kỹ sư và nhà hóa học của họ sẽ tập trung vào sản xuất động cơ đốt trong hybrid siêu hiệu quả và nhiên liệu tiên tiến, bao gồm cả nhiên liệu tổng hợp hoặc tổng hợp carbon thấp, để triển khai trong môn đua xe thể thao. Ngoài Motorsports, nhiên liệu tổng hợp có thể mang lại cho việc sở hữu một chiếc xe cổ một ý nghĩa mới. Sau đó, chủ sở hữu sẽ có thể vận hành tốt những chiếc xe ICE cổ điển của mình sau khi lệnh cấm sử dụng nhiên liệu hóa thạch có hiệu lực. Giám đốc điều hành Porsche Oliver Blume nói với Hagerty vào tháng 12: “70% số ô tô mà chúng ta từng chế tạo vẫn đang chạy trên đường, và trong nhiều năm tới vẫn sẽ có những ô tô chạy bằng động cơ đốt trong”.
Nhiên liệu tổng hợp E-fuels có thể là nhiên liệu giá rẻ tiếp theo
Khi cơ sở hạ tầng để sản xuất Nhiên liệu hóa thạch sẵn có với quy mô toàn cầu, nhiên liệu tổng hợp có thể được vận chuyển bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có bao gồm các đường ống, tàu chở dầu và kho chứa dưới dạng một mạng lưới trạm bơm xăng được thiết lập tốt. Ngược lại, mạng sạc xe điện vẫn đang phát triển và ngay cả mạng hiện tại vẫn tiếp tục gặp phải các vấn đề về khả năng tương thích và kỹ thuật. Các bộ sạc xe điện, dù là công cộng hay dành cho mục đích sử dụng trong gia đình, đều yêu cầu nhiều vi mạch, đây cũng là một vấn đề lớn tại thời điểm thiếu chip toàn cầu. Vì vậy, tất cả những điều đã được xem xét, khả năng khai thác cơ sở hạ tầng công nghệ khá thấp và được thiết lập tốt của Nhiên liệu tổng hợp có thể khiến nó rẻ hơn và đáng tin cậy hơn về lâu dài.
Nhiên liệu tổng hợp có thể được sử dụng để tích trữ năng lượng
Sản xuất năng lượng sạch là một chuyện nhưng bản thân việc lưu trữ toàn bộ năng lượng đã là một thách thức lớn. Pin là giải pháp lưu trữ được sử dụng phổ biến nhất nhưng pin lithium-ion hiện nay có kích thước lớn, nặng và hóa ra lại rất đắt trên quy mô lớn. Vì vậy, việc sử dụng Nhiên liệu tổng hợp làm giải pháp lưu trữ năng lượng bắt đầu có nhiều ý nghĩa. Điều này liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng gió và năng lượng mặt trời dư thừa thành khí tự nhiên tổng hợp. Khí này sau đó được lưu trữ và sau đó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy phát điện và các máy móc khác vào những ngày ít nắng và gió. Dự án ElectroGas do EU tài trợ đã phát triển công nghệ tiên tiến dựa trên quá trình điện phân để chuyển đổi điện từ năng lượng gió và mặt trời thành khí tự nhiên tổng hợp được lưu trữ để sử dụng trong tương lai, có hiệu suất cao và thân thiện với môi trường.
Nhiên liệu tổng hợp E-fuels có thể được sản xuất ở nhiều điều kiện khác nhau
Không giống như nhiên liệu hóa thạch được tìm thấy ở rất ít khu vực và với số lượng hữu hạn, Nhiên liệu tổng hợp có thể được sản xuất ở nhiều điều kiện khác nhau. Điều này có nghĩa là không cần phải thiết lập các giàn khoan dầu tốn kém dưới đáy đại dương, thay vào đó, đây có thể là cơ hội để biến những vùng cằn cỗi thành cơ sở sản xuất nhiên liệu tổng hợp. Những nơi như sa mạc và vùng bán không khí quá khắc nghiệt để trồng trọt có thể được sử dụng để thiết lập các cơ sở sản xuất nhiên liệu tổng hợp chạy bằng năng lượng mặt trời và gió, hai nguồn tài nguyên rất dồi dào ở những vùng như vậy. Điều này làm cho nó trở thành một nguồn năng lượng an toàn và đáng tin cậy.
