Viện Dầu khí Việt Nam và con đường chinh phục CO2

Lãnh đạo Petrovietnam báo cáo Thủ tướng Phạm Minh Chính về nghiên cứu thu hồi và lưu trữ CO2 của Viện Dầu khí Việt Nam

Đầu năm 2024, Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính tới dự và chỉ đạo lễ tổng kết năm 2023 và triển khai công tác năm 2024 của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petrovietnam). Tại sảnh Tòa nhà VPI, có trưng bày một số sản phẩm mới của Tập đoàn. Thủ tướng đặc biệt chú ý đến một loại vật liệu dạng bột mịn màu có giá trị đắt hơn cả vàng. Loại vật liệu này do VPI làm ra bằng cách thu hồi khí carbon từ mỏ dầu khí rồi “cô đặc” lại. Nói “cô đặc” cho “dễ hiểu” chứ thực ra đây là một công nghệ cực kỳ phức tạp mà không phải nhiều quốc gia đã làm được. Sau khi được nghe giới thiệu những tính năng đặc biệt của loại vật liệu thế hệ thứ 4 tiên tiến này, Thủ tướng rất mừng và động viên lãnh đạo Petrovietnam, lãnh đạo VPI phải nhanh chóng nghiên cứu đưa kết quả này vào thực tiễn.

Nói sơ qua một chút về khí CO2 để bạn đọc thêm thông tin.

Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, khí CO2 được dùng để làm lạnh, bảo quản thực phẩm, tạo ra nước soda và nhiều sản phẩm khác. Ngoài ra, CO2 có vai trò trong quá trình quang hợp của thực vật và trong chu trình phát thải carbon của trái đất. Khí CO2 có tác dụng vô cùng quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ trái đất, tạo ra sự chuyển hóa của các chất hữu cơ và tham gia vào nhiều quá trình công nghiệp khác.

CO2 là một loại khí thải phát sinh từ các hoạt động của con người, chẳng hạn như đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, chăn nuôi gia súc, phân hủy rác thải và khai thác rừng. CO2 có khả năng hấp thụ và phản xạ lại bức xạ nhiệt từ mặt trời, tạo ra hiệu ứng nhà kính. Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng khí nhà kính trong khí quyển hấp thụ và phản xạ lại nhiệt từ bức xạ mặt trời, khiến cho nhiệt độ trái đất tăng lên. Hiệu ứng nhà kính gây ra nhiều hậu quả tiêu cực cho môi trường và sinh vật, chẳng hạn như sự nóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu, tan băng ở hai cực, nâng cao mực nước biển và mất đa dạng sinh học. Khí CO2 không phải là một chất ô nhiễm trực tiếp, nhưng nó có ảnh hưởng xấu đến môi trường bằng cách gây ra hiệu ứng nhà kính.

Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, việc sản xuất vật liệu có pha carbon như thép carbon, sợi carbon, nhựa đường carbon và kể cả áo giáp chống đạn, hợp kim chứa carbon cho tàu vũ trụ, máy bay, rồi các loại quần áo tự điều chỉnh nhiệt… đang phát triển như vũ bão. Những tính năng tuyệt vời của các loại nguyên vật liệu có pha carbon thiết tưởng ai cũng biết và giá cả của nó cũng đắt “khét lèn lẹt”. Nhưng điều cực kỳ quan trọng là: Nếu thu hồi được khí CO2 sản sinh ra trong các quá trình sản xuất công nghiệp như khai thác dầu, sản xuất điện và cả do con người thở ra, biến nó thành vật liệu thì sẽ có ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong việc làm giảm thiểu hiệu ứng nhà kính.

Trong lịch sử phát triển vật liệu trên thế giới, chúng ta đã trải qua các giai đoạn mà các loại vật liệu như đá hoặc kim loại chi phối hoạt động sản xuất và sinh hoạt dân dụng. Khoảng những năm 60-80 của thế kỷ trước, thế hệ vật liệu thứ 3 chủ yếu dựa trên vật liệu silic đã có những đóng góp quan trọng trong xã hội loài người. Ví dụ như thung lũng Silicon ở Hoa Kỳ rất nổi tiếng, ban đầu được thành lập nhằm phát triển những công nghệ mới dựa trên cơ sở vật liệu này để làm ra nhiều thứ. Hiện nay, trên thế giới đang tiến tới thế hệ vật liệu thứ 4 carbon thay thế cho silic. Trong vật liệu carbon, mọi người quan tâm đến các dạng nano carbon với nhiều tính năng ưu việt như than ống kích thước nano (CNT). Vật liệu CNT có thể được chuyển hóa thành vật liệu graphene, cũng là một dạng nano carbon. Đây là những vật liệu thuộc nhóm vật liệu mới và đang được thế giới quan tâm vì có nhiều ứng dụng, ngày càng được phát hiện ra nhiều ứng dụng mới chứ chưa dừng lại. Tính bền cơ của vật liệu nano carbon nói chung và CNT hoặc graphene mà VPI đang làm sẽ cứng hơn thép gấp trăm - nghìn lần. Vật liệu này còn có tính dẫn điện rất tốt, giúp quá trình chống ăn mòn… Vì vậy, vật liệu nano carbon được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như lọc hóa dầu, năng lượng, môi trường, phân bón nông nghiệp, hàng không, linh kiện điện tử...

Viện Dầu khí Việt Nam con đường chinh phục CO2

Có thể sử dụng vật liệu nano carbon như graphene để thay thế graphite khi chế tạo điện cực cho pin của xe điện, giúp cho pin kéo dài thời gian hoạt động và rút ngắn thời gian sạc của xe điện. Vật liệu CNT hoặc graphene có thể được sử dụng để chế tạo màng lọc nước biển thành nước ngọt. Trong lĩnh vực vật liệu, có thể chế tạo các loại hợp kim, polyme chứa thành phần nano carbon để cải thiện tính năng bền cơ, bền nhiệt của vật liệu. Các loại vật liệu tiên tiến này không những giúp tăng độ bền của vật liệu làm vỏ máy bay, mà còn nhẹ, giảm trọng lượng; hoặc cũng được ứng dụng trong khung sườn xe đạp hoặc xe hơi. Hay như trong nông nghiệp khi đưa những vật liệu này vào phân bón thì giúp kích thích tăng trưởng cây trồng, diệt sâu bệnh. Trong y tế, giai đoạn Covid-19 cũng sẽ thấy trên báo đăng về việc đưa graphene vào khẩu trang để ngăn ngừa Covid-19. Trong quốc phòng, áo giáp chống đạn hiện nay sử dụng vật liệu kevlar, CNT hoặc graphene có thể được sử dụng để thay vật liệu đó, giúp tăng khả năng chống đạn gấp chục lần. Ngoài ra, thế giới cũng đang tìm thêm những ứng dụng khác của vật liệu này như trong vật liệu xây dựng, nhựa đường, bê tông để tăng độ bền cơ tính. Đối với làm đường, sẽ tăng độ ma sát trên đường.

Trên thế giới đã được thương mại hóa vật liệu này nhưng ở quy mô nhỏ. Đồng thời tùy theo chất lượng của vật liệu này thì quy mô thương mại sẽ khác. Nếu chất lượng càng tốt thì khả năng sản xuất khó, quy mô nhỏ, giá thành đắt và ngược lại. Hiện nay, giá của vật liệu này dao động rất rộng, từ 0,1 USD cho đến trên 1.000 USD/gram. Trung Quốc đã thương mại hóa và sản xuất những vật liệu CNT, graphene với khối lượng lớn nhưng chất lượng không cao, giá thấp. CNT được phân chia thành 3 loại tùy thuộc vào số thành, số lớp của ống. Trong đó loại ống 1 lớp đắt tiền nhất, loại vài lớp ít tiền hơn chút, loại nhiều lớp sẽ rẻ hơn. Trung Quốc thường sản xuất loại nhiều lớp để giá thành rẻ và kích thước không đồng nhất. Hiện tại, sản phẩm do VPI chế tạo thuộc loại vài lớp (2-6 lớp).

Ngoài ra, ở Hàn Quốc có Công ty LG Chem cũng sản xuất ra vật liệu CNT, graphene để chính họ sử dụng chứ không bán trên thị trường. Vì LG là đơn vị sản xuất đồ điện tử, pin xe điện rất nhiều, họ sẽ cung cấp cho chính họ. Tuy nhiên, công nghệ mà LG Chem dùng khác với công nghệ truyền thống. Hay như Pháp, Hoa Kỳ cũng sản xuất loại vật liệu này. Với mỗi một quốc gia, quy mô sản xuất và chất lượng sản phẩm sẽ khác nhau, giá thành cũng khác biệt.

(Xem tiếp số 177, ra ngày thứ Ba, 28-5-2024)

Giải pháp chuyển đổi hiệu quả khí có hàm lượng CO2 cao và xu hướng phát triển công nghiệp lọc hóa dầu

Trung Quốc, Mỹ cạnh tranh ngôi vị quốc gia gây ô nhiễm nhất thế giới

Nguyễn Như Phong