Giới thiệu

‍Công nghệ nhiệt phân, một quá trình phân hủy nhiệt các vật liệu hữu cơ trong môi trường không có oxy, đã trở thành trọng tâm trong các giải pháp năng lượng bền vững và quản lý chất thải. Từ việc chuyển đổi sinh khối thành biochar và bio-oil đến tái chế nhựa thành nguyên liệu thô tái sử dụng, nhiệt phân đang định hình một tương lai nơi rác thải được giảm thiểu và tài nguyên được tối đa hóa. Khi các vấn đề môi trường ngày càng tăng và nhu cầu về nguồn năng lượng tái tạo ngày càng lớn, công nghệ nhiệt phân đang phát triển nhanh chóng. Bài viết này khám phá tương lai của công nghệ nhiệt phân, dự đoán lộ trình của nó và nêu bật những đổi mới tiếp theo sẽ biến đổi lĩnh vực đầy hứa hẹn này.

1. Trạng thái hiện tại của công nghệ nhiệt phân

Để hiểu được tương lai của nhiệt phân, điều quan trọng là phải xem xét các ứng dụng hiện tại của nó. Nhiệt phân thường được sử dụng trong các lĩnh vực sau:

• Chuyển đổi sinh khối: Nhiệt phân chuyển đổi sinh khối (ví dụ: chất thải nông nghiệp, mùn cưa) thành các sản phẩm có giá trị như bio-oil, biochar và khí tổng hợp (syngas). Các sản phẩm này có nhiều ứng dụng, chẳng hạn như cải tạo đất, sản xuất nhiên liệu sinh học và phát điện tái tạo.
• Tái chế nhựa: Nhiệt phân phá vỡ rác thải nhựa thành nhiên liệu tổng hợp và nguyên liệu thô, giúp giảm thiểu ô nhiễm nhựa và cung cấp một giải pháp thay thế cho các quy trình hóa dầu truyền thống.
• Hệ thống chuyển đổi rác thải thành năng lượng: Chất thải rắn đô thị có thể được xử lý bằng nhiệt phân để tạo ra năng lượng đồng thời giảm lượng chất thải đưa ra bãi rác.

Mặc dù công nghệ hiện tại đã hiệu quả, nó vẫn phải đối mặt với các thách thức như tối ưu hóa hiệu quả, mở rộng quy mô và giảm chi phí. Tuy nhiên, tương lai của công nghệ nhiệt phân đang chuẩn bị vượt qua những rào cản này thông qua các đổi mới nhằm nâng cao tính hiệu quả và khả năng tiếp cận của nó.

2. Lò phản ứng nhiệt phân tiên tiến: Cải thiện hiệu quả

Một trong những đổi mới hứa hẹn nhất trong tương lai của công nghệ nhiệt phân là sự phát triển các lò phản ứng tiên tiến. Các lò phản ứng nhiệt phân truyền thống theo mẻ và liên tục có những hạn chế, bao gồm truyền nhiệt kém hiệu quả và chất lượng sản phẩm không đồng đều. Tuy nhiên, thế hệ lò phản ứng tiếp theo sẽ giải quyết những vấn đề này:

• Nhiệt phân hỗ trợ vi sóng: Lò phản ứng hỗ trợ vi sóng sử dụng bức xạ vi sóng để làm nóng nguyên liệu trực tiếp, giúp tăng tốc độ xử lý và tăng hiệu quả năng lượng. Phương pháp này cải thiện sản lượng của các sản phẩm có giá trị như bio-oil đồng thời giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác cũng mang lại chất lượng sản phẩm đồng đều hơn.
• Nhiệt phân plasma: Lò phản ứng plasma sử dụng plasma năng lượng cao để phân hủy các vật liệu phức tạp ở nhiệt độ cao hơn các phương pháp truyền thống. Đổi mới này có thể cho phép xử lý hiệu quả các loại rác thải khó, chẳng hạn như rác thải y tế và nhựa nhiễm bẩn, biến chúng thành nhiên liệu sạch và hóa chất có giá trị.
• Đơn vị nhiệt phân di động và mô-đun: Sự phát triển của các hệ thống nhiệt phân nhỏ gọn, mô-đun có thể dễ dàng di chuyển mang lại giải pháp linh hoạt và hiệu quả để xử lý chất thải ở các khu vực xa xôi. Các đơn vị di động này có thể được triển khai tại các khu vực thảm họa hoặc vùng nông nghiệp để chuyển đổi chất thải thành năng lượng ngay tại chỗ, giảm nhu cầu vận chuyển và thúc đẩy quản lý chất thải phi tập trung.

3. Tích hợp với các hệ thống năng lượng tái tạo

Tương lai của công nghệ nhiệt phân nằm ở sự tích hợp của nó với các hệ thống năng lượng tái tạo. Kết hợp nhiệt phân với năng lượng mặt trời, gió và các nguồn tái tạo khác sẽ nâng cao hiệu quả và tính bền vững của nó:

• Nhiệt phân sử dụng năng lượng mặt trời: Các hệ thống nhiệt mặt trời có thể được tích hợp với các lò phản ứng nhiệt phân để sử dụng năng lượng mặt trời trong việc làm nóng nguyên liệu. Cách tiếp cận này giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, làm cho quá trình này trở nên thân thiện hơn với môi trường. Nhiệt phân sử dụng năng lượng mặt trời đặc biệt có lợi ở những vùng có nhiều ánh sáng mặt trời, nơi năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để xử lý chất thải nông nghiệp hoặc các vật liệu hữu cơ khác thành biochar và nhiên liệu sinh học.
• Sử dụng khí tổng hợp trong pin nhiên liệu: Nhiệt phân tạo ra khí tổng hợp, hỗn hợp của hydro và carbon monoxide, có thể được sử dụng trực tiếp trong các pin nhiên liệu để sản xuất điện sạch. Bằng cách kết hợp các hệ thống nhiệt phân với pin nhiên liệu hydro, rác thải có thể được chuyển đổi thành cả nhiệt và điện, cung cấp một giải pháp năng lượng bền vững cho các ứng dụng công nghiệp và đô thị.

4. Đổi mới trong đa dạng hóa nguyên liệu đầu vào

Hiện tại, công nghệ nhiệt phân chủ yếu xử lý sinh khối và một số loại nhựa. Tuy nhiên, các đổi mới trong tương lai đang mở rộng phạm vi các nguyên liệu có thể được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào:

• Rác thải dệt may và điện tử: Các nhà nghiên cứu đang phát triển các hệ thống nhiệt phân có khả năng xử lý rác thải dệt may và điện tử, hai nguồn ô nhiễm ngày càng tăng. Bằng cách phân hủy các sợi tổng hợp và các thành phần điện tử, nhiệt phân có thể thu hồi kim loại quý và chuyển đổi các vật liệu khác thành nhiên liệu, giảm thiểu tác động môi trường của các dòng chất thải này.
• Tảo và sinh khối biển: Tảo và các loại sinh khối biển khác đang được nghiên cứu như nguyên liệu đầu vào cho nhiệt phân nhờ tốc độ sinh trưởng nhanh và hàm lượng carbon cao. Sử dụng tảo trong nhiệt phân có thể tạo ra bio-oil và biochar chất lượng cao, đồng thời góp phần thu giữ carbon. Khi công nghệ nuôi trồng tảo phát triển, nhiệt phân có thể trở thành một thành phần quan trọng trong việc chuyển đổi sinh khối biển thành năng lượng tái tạo.

5. Ứng dụng mở rộng của biochar

Biochar, một sản phẩm rắn giàu carbon được tạo ra trong quá trình nhiệt phân, đã thu hút sự chú ý nhờ khả năng cải thiện chất lượng đất, giữ nước và thu giữ carbon. Tuy nhiên, các ứng dụng của nó đang mở rộng ra ngoài lĩnh vực nông nghiệp:

• Sử dụng trong công nghiệp và môi trường: Trong tương lai, biochar có thể được sử dụng làm thành phần trong vật liệu xây dựng, hệ thống lọc nước và thậm chí là chất phụ gia trong pin và siêu tụ điện. Các nhà nghiên cứu đang khám phá các cách để kích hoạt biochar cho các ngành công nghiệp này, điều này sẽ làm tăng giá trị của nó và khiến nhiệt phân trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn đối với các doanh nghiệp.
• Tín chỉ carbon và giảm thiểu biến đổi khí hậu: Khi các thị trường carbon mở rộng, nhu cầu về các công nghệ thu giữ carbon như biochar được dự đoán sẽ tăng lên. Công nghệ nhiệt phân có thể sẽ đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống tín chỉ carbon, với nông dân và các ngành công nghiệp sử dụng ứng dụng biochar để bù đắp phát thải và tạo thu nhập thông qua tín chỉ carbon.

6. Số hóa và tự động hóa các quy trình nhiệt phân

Sự tích hợp của các công nghệ số vào nhiệt phân là một xu hướng quan trọng khác. Tự động hóa và phân tích dữ liệu đang biến đổi các hệ thống nhiệt phân truyền thống thành các lò phản ứng thông minh, tối ưu hóa hiệu quả và sản lượng:

• Hệ thống nhiệt phân kết nối IoT: Công nghệ Internet vạn vật (IoT) cho phép giám sát và điều khiển quy trình nhiệt phân theo thời gian thực, đảm bảo các điều kiện tối ưu để đạt hiệu suất cao nhất. Bằng cách sử dụng cảm biến để theo dõi nhiệt độ, áp suất và thành phần nguyên liệu đầu vào, người vận hành có thể điều chỉnh các thiết lập từ xa để đạt kết quả tốt hơn và giảm chi phí vận hành.
• Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML): Các thuật toán AI và học máy có thể phân tích dữ liệu từ các quy trình nhiệt phân để dự đoán kết quả và xác định các cải tiến tiềm năng. Những công nghệ này cho phép bảo trì dự đoán, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và cải thiện hiệu quả tổng thể của các nhà máy nhiệt phân. Trong tương lai, AI có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hỗn hợp nguyên liệu đầu vào cho nhiệt phân, đảm bảo năng suất cao nhất của các sản phẩm có giá trị.

7. Hỗ trợ chính sách và xu hướng đầu tư

Chính sách của chính phủ và các xu hướng đầu tư cũng sẽ định hình tương lai của công nghệ nhiệt phân. Khi các quốc gia đặt ra những mục tiêu khí hậu tham vọng và hướng tới nền kinh tế tuần hoàn, nhiệt phân có khả năng nhận được sự hỗ trợ ngày càng tăng:

• Ưu đãi về quy định: Các chính phủ đang đưa ra các ưu đãi cho các doanh nghiệp áp dụng các công nghệ chuyển đổi chất thải thành năng lượng và thu giữ carbon. Các khoản trợ cấp, tín dụng thuế và cơ chế định giá carbon có thể khuyến khích đầu tư vào các hệ thống nhiệt phân, đẩy nhanh sự phát triển và triển khai của chúng trên toàn thế giới.
• Quan hệ đối tác công-tư: Các hợp tác giữa chính phủ, các tổ chức nghiên cứu và các công ty tư nhân sẽ thúc đẩy sự đổi mới trong công nghệ nhiệt phân. Bằng cách kết hợp nguồn lực và chuyên môn, các quan hệ đối tác này có thể phát triển các giải pháp hiệu quả và có khả năng mở rộng để giải quyết các thách thức toàn cầu về quản lý chất thải và thúc đẩy sản xuất năng lượng bền vững.

8. Kinh tế tuần hoàn và nhiệt phân: Một mối quan hệ cộng sinh

Mô hình kinh tế tuần hoàn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giữ vật liệu trong vòng sử dụng càng lâu càng tốt. Nhiệt phân hoàn toàn phù hợp với mô hình này vì nó chuyển đổi chất thải thành các sản phẩm có giá trị:

• Tái chế chất thải thành các sản phẩm có giá trị cao: Khả năng của nhiệt phân trong việc chuyển đổi các dòng chất thải đa dạng thành nhiên liệu, hóa chất và vật liệu phù hợp với các nguyên tắc của kinh tế tuần hoàn. Khi công nghệ này phát triển, nhiệt phân có thể trở thành một thành phần cốt lõi của các ngành công nghiệp tìm cách tái chế chất thải và giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên nguyên sinh.
• Các trung tâm nhiệt phân trong đô thị: Để tối đa hóa lợi ích của nhiệt phân, các phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc thiết lập các trung tâm nhiệt phân tại các khu vực đô thị, nơi rác thải được tạo ra. Các trung tâm này sẽ thu gom và xử lý chất thải tại chỗ, giảm thiểu khí thải từ vận chuyển và hỗ trợ phát triển đô thị bền vững.

Kết luận

Tương lai của công nghệ nhiệt phân rất sáng sủa, với những đổi mới nhằm nâng cao hiệu quả, mở rộng lựa chọn nguyên liệu đầu vào và tích hợp với các hệ thống năng lượng tái tạo. Khi số hóa và tự động hóa tiếp tục phát triển, nhiệt phân sẽ trở nên thông minh hơn và hiệu quả hơn, biến nó thành một công nghệ thiết yếu trong quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn và bền vững. Bằng cách giải quyết các thách thức liên quan đến quản lý chất thải, sản xuất năng lượng và biến đổi khí hậu, công nghệ nhiệt phân có tiềm năng định hình lại các ngành công nghiệp và tạo ra một tương lai bền vững hơn cho tất cả.

Với nghiên cứu, hỗ trợ chính sách và đầu tư liên tục, công nghệ nhiệt phân chắc chắn sẽ đóng vai trò quan trọng trong nỗ lực toàn cầu nhằm đạt được mức phát thải ròng bằng không và xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn kiên cường

Tài liệu tham khảo

1. ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2022) 'Innovations in pyrolysis technology'. Available at: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.2c05759
2. Interplas Insights (n.d.) 'Where does pyrolysis stand in the future of recycling?'. Available at: https://interplasinsights.com/plastic-industry-insights/latest-plastics-industry-insights/where-does-pyrolysis-stand-in-the-future-of-recycling/
3. IDTechEx (n.d.) 'Future of pyrolysis market in light of a changing regulatory landscape'. Available at: https://www.idtechex.com/en/research-article/future-of-pyrolysis-market-in-light-of-a-changing-regulatory-landscape/31249
4. IDTechEx (n.d.) 'Shell’s move leads to speculation of the future of pyrolysis'. Available at: https://www.idtechex.com/en/research-article/shells-move-leads-to-speculation-of-the-future-of-pyrolysis/31811
5. Journal of Advanced Applied Science and Technology (2021) 'Advanced pyrolysis techniques'. Available at: https://www.jaast.org/index.php/jaast/article/view/62
6. Lux Research (n.d.) 'Perilous policy: predicting the future global regulatory landscape for plastic pyrolysis'. Available at: https://luxresearchinc.com/resources/chemicals/perilous-policy-predicting-the-future-global-regulatory-landscape-for-plastic-pyrolysis-2/
7. MDPI (2022) 'Pyrolysis processes and their applications', Processes, 10(8), 1497. Available at: https://www.mdpi.com/2227-9717/10/8/1497
8. National Renewable Energy Laboratory (NREL) (2021) 'Pyrolysis technology overview'. Available at: https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/79564.pdf
9. Pysolo (n.d.) 'Combining concentrated solar power and pyrolysis: the Pysolo project'. Available at: https://renewable-carbon.eu/news/combining-concentrated-solar-power-and-pyrolysis-the-pysolo-project/
10. ResourceWise (2021) 'Innovation in pyrolysis picks up pace in Q4 2021'. Available at: https://www.resourcewise.com/chemicals-blog/blog/innovation-in-pyrolysis-picks-up-pace-in-q4-2021
11. ScienceDirect (2020) 'Pyrolysis of biomass and waste feedstocks'. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852420307458
12. ScienceDirect (2023) 'Pyrolysis processes for plastic recycling'. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1387181123003372
13. ScienceDirect (2024) 'Future trends in pyrolysis reactor technology'. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0165237024002067
14. ScienceDirect (2022) 'Pyrolysis integration with renewable systems'. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032122006049
15. SolarPACES (n.d.) 'Solar pyrolysis to recycle lithium-ion batteries: ACES proof of concept'. Available at: https://www.solarpaces.org/solar-pyrolysis-to-recycle-lithium-ion-batteries-aces-proof-of-concept/
16. Wiley Online Library (2014) 'Applications of pyrolysis technology', Journal of Sustainable Energy, 2014, Article ID 252848. Available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2014/252848

Giới thiệu về DVA

DVA Renewable Energy là đơn vị tiên phong tại Việt Nam trong công nghệ nhiệt phân, chuyển đổi rác thải thành những tài nguyên có giá trị kể từ khi thành lập vào năm 2012. Nâng cấp nhà máy vào năm 2022 với công nghệ độc quyền đã củng cố vị thế của chúng tôi là đơn vị dẫn đầu trong quản lý bền vững rác thải lốp xe. Mới đây, chúng tôi đã đạt chứng nhận ISCC PLUS và EU, khẳng định cam kết của DVA đối với trách nhiệm môi trường và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế.

Với hồ sơ thành công trong việc xử lý hơn 46.500 tấn lốp xe và chất thải cao su mỗi năm, DVA cung cấp các giải pháp nhiệt phân tùy chỉnh nhằm giải quyết các thách thức quản lý rác thải địa phương và thúc đẩy các hoạt động kinh tế tuần hoàn. Chúng tôi đang sẵn sàng mở rộng quy mô toàn cầu, cam kết tạo ra một tương lai bền vững hơn cho các thế hệ mai sau.

‍