Nhu cầu đối với các sản phẩm công nghiệp dự kiến sẽ tăng lên khi các nền kinh tế mở rộng và mức sống tăng lên ở các nước đang phát triển. Để đáp ứng nhu cầu này, thế giới sẽ cần các giải pháp sản xuất tiết kiệm năng lượng và ít phát thải khí nhà kính hơn những giải pháp hiện có. Kể từ năm 2000, ExxonMobil đã cắt giảm và tránh phát thải gần 350 triệu tấn khí thải thông qua các dự án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và triển khai công nghệ đồng phát, đồng thời tiếp tục hướng đến mục tiêu nghiên cứu chế tạo các trang thiết bị, sử dụng công nghệ phân tách tiên tiến, chất xúc tác và cấu hình quy trình góp phần vào những nỗ lực lớn hơn nhằm phát triển ngành sản xuất hiệu quả về mặt năng lượng.
Nỗ lực Sản xuất Tiết kiệm Năng lượng
Tại Ấn Độ, ExxonMobil đã hợp tác chặt chẽ với nhà sản xuất thép đa quốc gia Tata Steel để nâng cao hiệu quả sản xuất, từ đó giảm lượng khí thải. Tata đang sản xuất thép từ 14 bệ cán, sử dụng dầu mỡ bôi trơn thông thường trên thị trường và thường xuyên phải vệ sinh bằng vòi xịt nước nặng để hạ nhiệt. Trong quá trình này, dầu mỡ bị rửa trôi làm cho 17 ổ trục bị hỏng và phải mất từ 4 đến 6 giờ dừng máy để sửa chữa cho mỗi trục. Mỗi giờ dừng máy làm giảm sản lượng khoảng 50 tấn thép. Tata đã liên hệ với nhóm Dịch vụ Kỹ thuật tại Hiện trường của Dầu nhớt Mobil để kiểm tra máy móc và các lỗi vận hành của nhà máy thép từ đó đề xuất chuyển sang sử dụng loại mỡ bôi trơn lithium đa dụng. Việc chuyển đổi này không chỉ giúp giảm 70% hiện tượng hỏng ổ trục và giảm 1/3 lượng tiêu hao mỡ bôi trơn mà còn cải thiện độ an toàn và nâng cao tính bền vững với môi trường.
Thiết kế mới của trang thiết bị giúp giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng ngay cả trong các quy trình phân tách truyền thống như chưng cất. Ví dụ, sử dụng các cột dạng vách ngăn – một phương pháp do ExxonMobil phát minh và phát triển – có thể kết hợp một loạt tháp chưng cất thành một, do đó tiết kiệm đáng kể năng lượng và chi phí vốn. Khả năng tiết kiệm khoảng 50% năng lượng đã được chứng minh tại Nhà máy lọc dầu Fawley của ExxonMobil ở Vương quốc Anh.1
Các nhà khoa học và nhà nghiên cứu của ExxonMobil từ Viện Công nghệ Georgia và Đại học Hoàng gia London đang phối hợp cùng nhau để nghiên cứu công nghệ màng lọc nhằm giảm lượng khí thải carbon dioxide và giảm năng lượng cần thiết trong quá trình gia nhiệt trong lọc dầu (chưng cất). Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science2 đã được bình duyệt cho thấy tiềm năng phân đoạn không gia nhiệt của dầu thô nhẹ thông qua sự kết hợp của việc “phân loại” phân tử dựa trên phân loại và kích thước. Các nguyên mẫu ban đầu đã chỉ ra rằng với xăng và nhiên liệu máy bay, màng lọc có hiệu quả gấp đôi so với các sản phẩm thương mại chọn lọc nhất đang được sử dụng hiện nay.
Phân tích Vòng đời
Phân tích vòng đời (LCA) là phương pháp khoa học phổ biến để ước tính tác động lên môi trường của các quy trình và sản phẩm trong ngành năng lượng. Điều quan trọng là phải tính hết tất cả lượng khí thải trong vòng đời của mỗi phương án khi so sánh các công nghệ năng lượng khác nhau. Mỗi bước tạo ra bất kỳ loại khí nhà kính nào đều phải được cộng dồn để ước tính đúng tổng lượng phát thải trong đó có lượng khí thải liên quan đến quá trình sản xuất tài nguyên, các bước chuyển đổi và vận chuyển, và cuối cùng là mức tiêu thụ nhiên liệu của người dùng cuối (ví dụ: trong một chiếc xe hoặc trong một nhà máy điện).
ExxonMobil cũng đã và đang phối hợp với Sáng kiến Năng lượng MIT để phát triển một công cụ LCA mới bao gồm các lộ trình của nhiều công nghệ đại diện cho phần lớn lượng phát thải khí nhà kính. Ứng dụng được gọi là Phân tích Mô hình Hóa Hệ thống Năng lượng Bền vững (SESAME3), dựa trên các nguồn được bình duyệt có tham chiếu tốt, được đăng tải công khai và có thể thực hiện các phân tích vòng đời toàn diện cho hơn 1.000 lộ trình công nghệ, từ các nguồn năng lượng sơ cấp đến các sản phẩm hoặc dịch vụ cuối bao gồm các lĩnh vực điện lực, giao thông vận tải, công nghiệp và dân dụng.
Để tạo được tác động có ý nghĩa, các công nghệ giảm thiểu khí nhà kính cũng cần phải hiệu quả về mặt chi phí. Việc sử dụng phân tích kinh tế – kỹ thuật (TEA) giúp xác định những cách thức hiệu quả nhất và tiết kiệm chi phí nhất nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu đồng thời giảm phát thải khí nhà kính. TEA cũng giúp cung cấp thông tin minh bạch cho việc xây dựng chính sách.
TEA hiện đang được bổ sung vào mô hình SESAME. Sau khi hoàn thành, SESAME sẽ so sánh cả lượng khí thải và chi phí của các công nghệ năng lượng trên tất cả các lĩnh vực trong bối cảnh toàn hệ thống. SESAME sẽ được công bố công khai dưới dạng một công cụ web mã nguồn mở và minh bạch được thiết kế cho cả các chuyên gia và người dùng phổ thông.
Nguồn:
1 B. Slade, B. Stober, D. Simpson, Dividing wall column revamp optimises mixed xylenes production, IChemE, Symposium Series No. 152, (2006).2
2 K. Thompson, R. Mathias, D. Kim, J. Kim, N. Rangnekar, J. Johnson, S. Hoy, I. Bechis, A. Tarzia, K. Jelfs, B. McCool, A. Livingston, R. Lively, M. Finn, N-Aryl-linked spirocyclic polymers for membrane separations of complex hydrocarbon mixtures, Science 369 (6501) (2020) 310-315.3
3 E. Gencer, S. Torkamani, I. Miller, T. Wu, F. O’Sullivan, Sustainable energy system analysis modeling environment: analyzing life cycle emissions of the energy transition, Applied Energy 277 (2020) 115550.
