Các nhà vận hành nhà máy amoniac tái tạo có một số lựa chọn. Họ có thể sử dụng nguồn điện điện mặt trời hoặc gió, nhưng thời gian sản xuất không được duy trì liên tục. Họ có thể kết hợp lưu trữ năng lượng hoặc lưu trữ đệm hydro để tăng thời lượng sản xuất. Hoặc như chúng ta đã thấy trong nhiều dự án, kết nối lưới có thể cho phép tải điện tối thiểu trong suốt cả ngày, với điện tái tạo được mua từ máy phát điện hoặc được cung cấp bởi lưới điện với cường độ carbon thấp (ví dụ: Na Uy). Mặt khác, các nhà máy sản xuất amoniac của Haber-Bosch dựa trên hóa thạch hiện tại không linh hoạt và được thiết kế để hoạt động liên tục ở công suất cao.
Một ví dụ về việc sử dụng lưu trữ đệm hydro có áp suất để sản xuất amoniac là dự án Puertollano. Nhà máy do Iberdrola sở hữu và vận hành có công suất 100 MW từ điện gió và điện mặt trời (solar PV), kết hợp với một pin lưu trữ 20 MWh, khả năng điện phân màn chất bán dẫn polymer (PEM) 20 MW, và 11 bể chứa hydro tạo áp. Nhà máy này cung cấp nguồn điện cho quá trình sản xuất amoniac tại khu liên hợp của Fertiberia, thay thế 8,4% nguồn nguyên liệu hydrogen dựa trên hóa thạch hiện tại.
Bên cạnh việc cải tạo các nhà máy amoniac hiện có bằng điện phân và lưu trữ hydro, công nghệ sản xuất Amoniac theo phương pháp mới, linh hoạt cũng đang được phát triển. Một số nhà cấp phép cung cấp các nền tảng công nghệ sản xuất amoniac linh hoạt, có thể hoạt động ở mức 5 – 10% tải định mức, loại bỏ hiệu quả yêu cầu lưu trữ hydro để tính đến sự gián đoạn của năng lượng tái tạo như điện mặt trời và gió. Tuy nhiên, việc lưu trữ hydro áp suất quy mô lớn có thể gây ra chi phí đáng kể cho các nhà máy, ngay cả khi các đơn vị lưu trữ được thiết kế theo kiểu module. Ngoài ra, lưu trữ hydro áp suất quy mô lớn cũng được coi là một rủi ro về an toàn và đồi hỏi kỹ thuật cao do tính chất dễ cháy nổ của hydro.
Ảnh hưởng của công nghệ sản xuất Amoniac linh hoạt
Để định lượng tác động của tính linh hoạt ammonia, Armijo và Philibert đã mô phỏng tác động của sự linh hoạt của nhà máy sản xuất ammonia đến chi phí trung bình của ammonia và yêu cầu lưu trữ hydro cho các vị trí khác nhau ở Latin America. Các tác giả phát hiện rằng đối với điện gió tính linh hoạt của quá trình Haber-Bosch có tác động đáng kể đến yêu cầu lưu trữ hydro và do đó làm tăng chi phí trung bình của ammonia.
Casale, một công ty cung cấp công nghệ sản xuất ammonia, đã định lượng được những lợi ích của công nghệ Flexible ammonia của họ. Theo Casale, một nhà máy Haber-Bosch “Rigid” được vận hành để sản xuất ammonia từ nguyên liệu hóa thạch có thể vận hành từ 70-110% công suất danh nghĩa. Lấy Hoa Kỳ làm ví dụ, nếu sản xuất hydro tại một nhà máy “Rigid” chuyển sang dựa trên năng lượng mặt trời PV 100%, kết quả sẽ là gần 40% tổng vốn đầu tư phải được chi cho lưu trữ hydro . Nếu sử dụng công nghệ Flexible Ammoniac của Casale (cho phép nhà máy hoạt động với chỉ 10% công suất danh nghĩa), lưu trữ hydro được loại bỏ hoàn toàn và chi phí sản xuất amoniac giảm xuống 35%.
Cần lưu ý rằng có nhiều tiến bộ kỹ thuật được yêu cầu cho các công nghệ sản xuất amoniac linh hoạt. Các thiết bị đốt để duy trì hồi nhiệt trong bể phản ứng tổng hợp ammonia khi tải hoạt động thấp, máy nén biến đổi để giảm tốc độ nén, và sử dụng nitrogen thặng dư như một chất không hoạt động để duy trì dòng và áp suất trong vòng lặp ammoniac.
Từ lý thuyết đến triển khai để mở rộng quy mô
Hiện tại, chưa có nhà máy sản xuất Amoniac theo công nghệ mới này, quy mô thương mại hoạt động. Tuy nhiên, đã có nhiều dự án được công bố.
-
- Nhà cung cấp công nghệ Amoniac Topsoe sẽ triển khai nhà máy Ammonia Phân tán Động lực Tái tạo (REDDAP) với công suất 10MW và sản lượng Ammonia hơn 5.000tấn/năm tại Lemvig, Đan Mạch vào cuối năm 2023. Topsoe cho rằng nhà máy này sẽ có thể hoạt động với chỉ 5% công suất định mức của nó.
- Tương tự, Envision Energy đang xây dựng một nhà máy sản xuất 20.000 tấn mỗi năm với công suất 35MW tại Chifeng ở Trung Quốc, dự kiến bắt đầu hoạt động vào tháng 9 năm 2023. Dự án của Envision đã lên kế hoạch mở rộng quy mô công nghệ sản xuất Amoniac linh hoạt. Vào cuối năm 2024, nhà máy sẽ mở rộng để có năng lực điện phân 530 MW, sản xuất 300.000 tấn ammonia mỗi năm từ nguồn cấp điện tái tạo. Tương tự, đã công bố một nhà máy Flexible Ammonia với năng lực sản xuất 390.000 tấn mỗi năm từ năng lượng gió đất liền tại Baotou, Trung Quốc, dựa trên công nghệ của Topsoe. Dự kiến nhà máy này sẽ bắt đầu sản xuất vào năm 2025.
- Các nhà máy có công suất sản xuất ammonia vừa và nhỏ (3.670 tấn mỗi ngày, sử dụng công nghệ thyssenkrupp). Những nhà máy này là các bước trung gian để sản xuất ammonia tái tạo với quy mô dầu khí – với hàng chục GW công suất sinh năng lượng tái tạo sẽ được thực hiện trong những năm tới. Chúng ta còn có thể nhìn xa hơn với kế hoạch nâng cao công suất sản xuất lên đến 10.000 tấn ammonia mỗi ngày (3,5 triệu tấn mỗi năm), như đã được công bố gần đây bởi công ty cấp phép công nghệ tổng hợp ammonia KBR. Những khối lượng này phù hợp với các giai đoạn sau đề xuất cho các trung tâm xuất khẩu năng lượng tái tạo trên toàn cầu, như AREH (Australian Renewable Energy Hub).
Theo: Ammonia Energy Association
