Nhiên liệu trung hòa cacbon là năng lượng không làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển trong suốt vòng đời của nó, chẳng hạn như sản xuất và sử dụng nhiên liệu Nó đang thu hút sự chú ý như một nguồn năng lượng thay thế sẽ góp phần đạt được mức độ trung hòa carbon vào năm 2050Bài viết này trình bày một cách dễ hiểu những kiến thức cơ bản như tổng quan, chủng loại, ví dụ sử dụng, phương pháp sản xuất, ưu điểm và nhược điểm của nhiên liệu trung tính carbon

Nhiên liệu trung tính carbon là gì

Nhiên liệu trung hòa cacbon là loại nhiên liệu không làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển trong quá trình sản xuất hoặc sử dụng

Tính trung hòa cacbon đề cập đến việc giảm tổng lượng khí thải nhà kính, bao gồm cả CO2, xuống bằng 0 Trong khi nỗ lực giảm lượng khí thải, chúng tôi đặt mục tiêu đạt được mức khấu trừ bằng 0 bằng cách hấp thụ hoặc loại bỏ lượng khí nhà kính tương đương mà lẽ ra sẽ được thải ra

CO2 thải ra khi sử dụng nhiên liệu trung tính carbon là CO2 đã có trong khí quyển và việc sử dụng CO2 không làm tăng đáng kể nồng độ CO2Các quốc gia và khu vực trên thế giới, bao gồm cả Nhật Bản, đang đặt mục tiêu đạt được mức trung hòa carbon vào năm 2050 và việc sử dụng nhiên liệu trung hòa carbon được cho là sẽ góp phần đạt được mục tiêu này

Chính phủ Nhật Bản không chỉ đang nỗ lực mở rộng việc sử dụng nhiên liệu trung hòa carbon làm năng lượng thế hệ tiếp theo mà nhiều ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, dầu mỏ và hàng không cũng đang bắt đầu xem xét các biện pháp phổ biến nhiên liệu trung hòa carbon

Các liên kết liên quan
Cacbon trung hòa là gì? Đồng thời giới thiệu các ví dụ cụ thể về xu hướng và sáng kiến ở Nhật Bản và thế giới
Giới thiệu sáng kiến và ví dụ cụ thể của các công ty hướng tới mục tiêu trung hòa carbon

Các loại nhiên liệu trung hòa cacbon [ví dụ sử dụng]

Ở đây, chúng tôi sẽ giới thiệu các loại nhiên liệu trung tính carbon sau đây và ví dụ về cách sử dụng chúng

　●　Nhiên liệu tổng hợp/nhiên liệu điện tử
　●　Nhiên liệu sinh học
　●　SAF
●　Hydro

Nhiên liệu tổng hợp/nhiên liệu điện tử

Nhiên liệu tổng hợp là nhiên liệu lỏng nhân tạo được tạo ra bằng cách tổng hợp CO2 và hydroVì tái sử dụng CO2 thải ra từ các nhà máy điện và nhà máy nên nó được coi là nhiên liệu đã khử cacbon, không chứa cacbon

Có hai cách để sản xuất hydro: một cách sử dụng nhiên liệu hóa thạch và cách kia sử dụng năng lượng tái tạo Loại hydro thứ hai có nguồn gốc từ năng lượng tái tạo (hydro xanh) được gọi là nhiên liệu điện tử

Nhiên liệu điện tử thường đề cập đến nhiên liệu tổng hợp được làm từ hydro xanh và CO2 thu được trực tiếp từ khí quyển Vì nhiên liệu điện tử là chất lỏng giống như nhiên liệu hóa thạch nên cơ sở hạ tầng hiện có có thể được sử dụng cho sản xuất và hậu cần, khiến việc triển khai nhiên liệu điện tử trở nên rẻ hơn so với các loại nhiên liệu thế hệ tiếp theo khác

Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp đã công bố vào tháng 6 năm 2021 ``Chiến lược tăng trưởng xanh để đạt được mức trung hòa carbon vào năm 2050'' của Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp, đặt mục tiêu phát triển mạnh mẽ công nghệ quy mô lớn, hiệu quả cao vào năm 2030 và thương mại hóa nó vào năm 2040

Ngoài ra, nhiên liệu điện tử có thể được sử dụng thay thế cho xăng, dầu hỏa, dầu diesel, vv và thậm chí có thể được sử dụng như trong động cơ của các phương tiện chạy bằng xăng hiện có Các phương tiện thương mại như xe tải được cho là gặp nhiều rào cản trong quá trình điện khí hóa, nhưng bằng cách sử dụng nhiên liệu điện tử làm nhiên liệu, chúng có thể tham gia vào các nỗ lực trung hòa carbon

Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu được tạo ra từ sinh khối (tài nguyên sống) như thực vật hấp thụ CO2 thông qua quá trình quang hợpCO2 cũng được tạo ra khi đốt sinh khối, nhưng thực vật hấp thụ CO2 và tái tạo sinh khối Nó được coi là nhiên liệu trung hòa carbon vì nó không có lượng khí thải và không làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển

Có ba loại nhiên liệu sinh học chính: ethanol sinh học, dầu diesel sinh học và khí sinh học (khí metan) Phương pháp sản xuất cho mỗi loại như sau

Nhiên liệu sinh học, giống như nhiên liệu tổng hợp và nhiên liệu điện tử được đề cập ở trên, có thể được sử dụng trong động cơ ô tô chạy xăng Vào tháng 5 năm 2024, Idemitsu Kosan Co, Ltd, ENEOS Co, Ltd, Toyota Motor Corporation và Mitsubishi Heavy Industries, Ltd thông báo rằng họ đã bắt đầu xem xét việc phổ biến nhiên liệu tổng hợp/nhiên liệu điện tử và nhiên liệu sinh học Để hiện thực hóa một xã hội không có carbon, chúng tôi đang hướng tới việc sớm đưa vào sử dụng năng lượng thân thiện với môi trường toàn cầu

Tham khảo:

SAF

SAF là tên viết tắt của "Nhiên liệu hàng không bền vững" và có thể được dịch là "nhiên liệu hàng không bền vững"

SAF chủ yếu được sản xuất bằng cách sử dụng dầu ăn thải có nguồn gốc từ thực vật, chẳng hạn như các nguyên liệu thô có nguồn gốc từ sinh khối đã đề cập ở trênBằng cách sử dụng thực vật đã hấp thụ CO2 từ khí quyển, nó được coi là một loại nhiên liệu trung hòa carbon vì ngay cả khi CO2 được thải ra qua quá trình đốt cháy, miễn là thực vật hấp thụ CO2 và tái tạo sinh khối thì nồng độ CO2 trong khí quyển sẽ không tăng

Theo dữ liệu từ Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch, lĩnh vực giao thông vận tải chiếm 18,5% tổng lượng khí thải CO2 của Nhật Bản và hàng không nội địa chiếm khoảng 5% Máy bay thải ra một lượng lớn CO2 trên mỗi đơn vị vận chuyển, nhiều đến mức thuật ngữ "sự xấu hổ trong chuyến bay" được sử dụng ở nước ngoài để mô tả cảm giác tội lỗi liên quan đến việc di chuyển bằng đường hàng không

Do đó, việc giới thiệu SAF, một loại nhiên liệu hàng không bền vững, đang được quảng bá ở nhiều quốc gia khác nhau như một phương pháp nhằm thúc đẩy tính trung hòa carbon trong lĩnh vực hàng không Đặc biệt, việc bù đắp lượng carbon đang trở thành bắt buộc trong lĩnh vực hàng không quốc tế và cần có hành động khẩn cấp Đảm bảo nguồn cung SAF ổn định đã trở thành một vấn đề cấp bách, vì có nguy cơ mạng lưới chuyến bay quốc tế đến và đi từ Nhật Bản có thể bị hư hỏng nếu nguồn cung SAF ổn định không thể được duy trì trong nước

Tham khảo:

Hydro

Hiện nay, hydro cũng đang được chú ý như một nguồn năng lượng mớiNgoài việc được sử dụng làm nguyên liệu thô cho nhiên liệu tổng hợp, hydro còn có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng cho pin nhiên liệuNhư đã đề cập ở trên, hydro được sản xuất bằng năng lượng tái tạo được gọi là "hydro xanh" và đặc điểm chính của nó là không thải ra CO2 trong quá trình sản xuất

Công ty TNHH MIRAIT ONE đã bắt đầu vận hành thử nghiệm "nhà máy điện pin nhiên liệu hydro" tại Văn phòng TTK Kashima của tập đoàn ở tỉnh Fukushima vào tháng 9 năm 2023 Mục đích là thực hiện các biện pháp BCP bằng cách sử dụng hydro, loại khí có thể được lưu trữ trong thời gian dài ở công suất lớn và bằng cách tối đa hóa việc lưu trữ lượng điện dư thừa từ việc sản xuất điện mặt trời

Công ty TNHH Mirite One cũng đang thực hiện dự án trình diễn chuỗi cung ứng hydro cho pin nhiên liệu nhỏ (hydro FC) Đây là một hệ thống phân chia hydro thành các phần nhỏ một cách hiệu quả để sử dụng trong các phương tiện di chuyển vi mô chạy bằng hydro, chẳng hạn như máy bay không người lái và xe đạp hỗ trợ pin nhiên liệu Trên thực tế, vào năm 2023, một máy bay không người lái dùng pin nhiên liệu hydro cùng phát triển với Kinki Electric Co, Ltd đã sử dụng hydro và thực hiện thành công chuyến bay thử nghiệm

Để biết thêm thông tin, vui lòng xem liên kết bên dưới

Các liên kết liên quan
Lễ khánh thành nhà máy điện pin nhiên liệu hydro (Thành phố Minamisoma, tỉnh Fukushima)
Chuỗi cung cấp hydro cho pin nhiên liệu nhỏ (hydrogen FC)
Ngày 9 tháng 5 năm 2023 Phát triển và thử nghiệm thành công “máy bay không người lái chạy pin nhiên liệu hydro”

Phương pháp sản xuất nhiên liệu trung tính carbon

Sau đây, chúng tôi sẽ giới thiệu phương pháp sản xuất nhiên liệu trung hòa carbon, lấy nhiên liệu điện tử làm ví dụ

Có hai phương pháp chính được sử dụng để sản xuất nhiên liệu điện tử: tổng hợp FT và tổng hợp metanolTổng hợp FT (Fischer-Tropsch) rất tốt trong việc sản xuất dầu nặng có trọng lượng riêng tương đối cao, chẳng hạn như dầu diesel và dầu nặng Mặt khác, quá trình tổng hợp metanol lại phù hợp để sản xuất các loại dầu nhẹ như xăng

Sơ đồ tóm tắt từng quy trình sản xuất được hiển thị bên dưới

Nguồn:

Trong tổng hợp FT, quá trình tổng hợp FT được thực hiện bằng cách chuyển đổi CO2 và H2 (hydro) thành CO (carbon monoxide) và kết hợp nó với H2 Sau đó, nó được biến thành nhiên liệu điện tử thông qua phương pháp nâng cấp bao gồm phân hủy dầu dư và biến nó thành sản phẩm có giá trị gia tăng cao

Tổng hợp metanol là phương pháp sản xuất metanol từ CO2 và H2 và chuyển đổi nó thành nhiên liệu có thể sử dụng trong xăng và dầu diesel

Ba lợi ích của nhiên liệu trung tính carbon

Tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu ba lợi ích dành cho các công ty khi sử dụng nhiên liệu trung tính carbon

　●　Góp phần hiện thực hóa tính trung hòa carbon vào năm 2050
　●　nhiên liệu điện tử có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có
　●　Mật độ năng lượng tương đương với nhiên liệu dầu mỏ

① Góp phần hiện thực hóa mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050

Người ta tin rằng việc sử dụng nhiên liệu trung hòa cacbon sẽ thúc đẩy quá trình khử cacbon, dẫn đến giảm lượng khí thải CO2 và góp phần "hiện thực hóa tính trung hòa cacbon vào năm 2050"Để đạt được mục tiêu này sẽ cần có sự hợp tác giữa khu vực công và tư nhân, đồng thời các xu hướng khác nhau liên quan đến nhiên liệu tổng hợp đang được quan sát trong nước và quốc tế

Ví dụ: trong ngành công nghiệp ô tô, không chỉ bốn công ty nói trên là Idemitsu Kosan Co, Ltd, ENEOS Corporation, Toyota Motor Corporation và Mitsubishi Heavy Industries, Ltd, mà còn có ba công ty, Subaru Corporation, Toyota Motor Corporation và Mazda Motor Corporation, đã tuyên bố ý định phát triển động cơ có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu trung tính carbon

Ở nước ngoài, tại Hội nghị Bộ trưởng Giao thông Vận tải G7 tổ chức vào tháng 4 năm 2024, việc thúc đẩy sử dụng nhiên liệu trung hòa carbon đã được đón nhận một cách thuận lợi và tầm quan trọng của việc đầu tư vào việc đảm bảo đủ nguồn cung đã được công nhận

Để đạt được mức độ trung hòa carbon, có thể nói việc thúc đẩy sử dụng năng lượng mới thay thế cho nhiên liệu hóa thạch là xu hướng không chỉ ở Nhật Bản mà còn trên toàn thế giới

Tham khảo:

②nhiên liệu điện tử có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có

Một trong những lợi thế của nhiên liệu điện tử, tức nhiên liệu lỏng, là nó có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện cóVí dụ, có thể nói rằng việc xây dựng chuỗi cung ứng tương đối dễ dàng bằng cách tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có như bể chứa, đường ống và trạm xăng cần thiết trong quá trình phân phối

Ngoài ra, vì nó có thể được sử dụng mà không cần thay đổi động cơ của ô tô, tàu thủy và máy bay nên việc sử dụng nhiên liệu điện tử sẽ đẩy nhanh con đường hướng tới một xã hội khử cacbon

③Mật độ năng lượng tương đương nhiên liệu dầu mỏ

Một trong những lý do khiến nhiên liệu tổng hợp, tức là nhiên liệu trung hòa carbon, lại thu hút sự chú ý là vì chúng có mật độ năng lượng cao tương đương với nhiên liệu hóa thạch Mật độ năng lượng là lượng năng lượng trên một đơn vị thể tích hoặc trọng lượngHàm lượng năng lượng và mật độ càng cao thì hiệu suất chi phí của nhiên liệu càng cao

Lý do nhiên liệu hóa thạch được sử dụng cho đến nay là vì chúng có mật độ năng lượng cao hơn các loại nhiên liệu khác Tuy nhiên, vì nhiên liệu trung tính carbon có mật độ năng lượng tương đương với nhiên liệu hóa thạch nên chúng được kỳ vọng sẽ trở nên phổ biến như một nguồn năng lượng thay thế

Nhược điểm của nhiên liệu trung tính carbon và 3 thách thức khi ứng dụng thực tế

Nhiên liệu trung tính carbon có nhiều ưu điểm nhưng vẫn có một số nhược điểmSau đây chúng tôi sẽ giới thiệu những nhược điểm và vấn đề của nhiên liệu trung tính carbon

　●　Giá cao
　●　Khó bảo đảm nguyên liệu thô
　●　Công nghệ DAC thu trực tiếp CO2 từ khí quyển chưa được phổ biến rộng rãi

① Giá cao

Nhiên liệu trung hòa cacbon có xu hướng đắt tiền do vấn đề chi phí sản xuấtVí dụ: ước tính chi phí sản xuất nhiên liệu tổng hợp là khoảng 300 yên đến khoảng 700 yên/LHãy cùng xem chi phí theo phương pháp sản xuất bên dưới

　●　Đối với các phương pháp sản xuất liên quan đến sản xuất ở nước ngoài và nhập khẩukhoảng 300 yên/L
　●　Nếu phương pháp sản xuất được thực hiện trong nước từ thu mua nguyên liệu thô đến sản xuấtkhoảng 700 yên/L
　●　Trong trường hợp phương thức sản xuất nhập khẩu hydro và sản xuất trong nướckhoảng 350 yên/L

Tính đến tháng 11 năm 2024, giá bán xăng thông thường trung bình trên toàn quốc là 167,3 yên/L So với loại nhiên liệu này, nhiên liệu tổng hợp có giá sản xuất khoảng 300 yên đến 700 yên/L có thể nói là đắt

Để hiện thực hóa việc triển khai xã hội, việc giảm chi phí là cần thiết và cần phải cải tiến để có thể sản xuất hiệu quả cao

② Khó đảm bảo nguyên liệu

Một thách thức khác là khó khăn trong việc đảm bảo nguyên liệu thô cần thiết để tạo ra nhiên liệu trung hòa carbon

Ví dụ: lượng SAF cần thiết sử dụng nguyên liệu thô có nguồn gốc từ sinh khối và rác thải đô thị dự kiến là 23 triệu KL vào năm 2050Tuy nhiên, do khó đảm bảo nguyên liệu thô nên việc sản xuất "nhiên liệu tổng hợp SAF" sử dụng CO2 và hydro để đạt được nguồn cung ổn định được coi là cần thiết

③ Công nghệ DAC thu trực tiếp CO2 từ khí quyển chưa được phổ biến rộng rãi

Công nghệ DAC thu trực tiếp CO2 từ khí quyển vẫn chưa phổ biến DAC (Direct Air Capture), được dịch là "công nghệ thu khí trực tiếp", đang thu hút sự chú ý vì là công nghệ có thể làm giảm lượng CO2 trong khí quyển

Ngoài việc sử dụng CO2 thải ra từ các nhà máy làm lượng CO2 cần thiết khi sản xuất nhiên liệu tổng hợp, việc sử dụng công nghệ DAC trong tương lai để tách và thu hồi CO2 trực tiếp từ khí quyển cũng đang được xem xétĐây là công nghệ phát thải âm trực tiếp thu giữ và cố định lượng CO2 đã thải ra

Mặc dù nghiên cứu đang được tiến hành cả trong nước và quốc tế nhưng chi phí năng lượng của DAC cao và ứng dụng thực tế hiện chưa có tiến triển Chính phủ cũng đang nỗ lực cải thiện môi trường kinh doanh nhằm đẩy nhanh quá trình trình diễn và thương mại hóa công nghệ

Tóm tắt

Nhiên liệu trung tính carbon là nhiên liệu thế hệ tiếp theo thân thiện với môi trường, không làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển trong suốt vòng đời của chúng từ khi sản xuất đến khi sử dụng Các loại chính bao gồm nhiên liệu tổng hợp/nhiên liệu điện tử được sản xuất từ ​​CO2 và hydro, nhiên liệu sinh học từ thực vật, SAF cho máy bay và hydro

Mặc dù nhiên liệu trung hòa carbon có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có và có mật độ năng lượng tương đương với nhiên liệu hóa thạch nhưng vẫn còn những thách thức đối với ứng dụng thực tế, chẳng hạn như chi phí sản xuất cao và thiếu nguyên liệu thô

Hydro cũng là một loại nhiên liệu trung hòa cacbon và đang thu hút sự chú ý không chỉ với tư cách là nguyên liệu thô để sản xuất nhiên liệu tổng hợp mà còn là nguồn năng lượng cho pin nhiên liệu

Công ty TNHH Mirite One đang thúc đẩy chuỗi cung ứng hydro cho pin nhiên liệu nhỏ (hydro FC) nhằm xây dựng một xã hội hydro, điều quan trọng trong việc đạt được tính trung hòa carbon Công nghệ này thay thế động cơ xăng thông thường và có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng khẩn cấp hoặc làm nguồn năng lượng cho khả năng di chuyển vi mô Vui lòng kiểm tra trang web dưới đây để biết chi tiết

Chuỗi cung cấp hydro cho pin nhiên liệu nhỏ (hydrogen FC)