Khi tác động của biến đổi khí hậu ngày càng rõ rệt, nhu cầu từ bỏ nhiên liệu hóa thạch và sử dụng các nguồn năng lượng thay thế và tái tạo ngày càng được công nhận là một bước quan trọng đối với tất cả các quốc gia. Là một quốc gia có nguồn tài nguyên thiên nhiên hạn chế, Nhật Bản từ lâu đã tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế – từ hạt nhân đến thủy điện. Giờ đây, cải tiến tiên tiến nhất từ một công ty năng lượng Nhật Bản đang giới thiệu với thế giới một loại nhiên liệu xanh mới: hydro.
Hydrogen: nhiên liệu kỳ diệu?
Hydro là một nguyên tố không màu, không mùi và cực kỳ dồi dào – các nhà khoa học ước tính rằng 3/4 toàn bộ vũ trụ bao gồm các nguyên tử hydro. Trong những thập kỷ gần đây, nó cũng đã thu hút được nhiều sự quan tâm như một loại “nhiên liệu kỳ diệu” tiềm năng cho ô tô, gia đình và nhiều ứng dụng khác. Không giống như nhiên liệu hóa thạch tạo ra khí nhà kính khi bị đốt cháy, sản phẩm phụ duy nhất của quá trình đốt cháy hydro là nước. Khai thác thành công, yếu tố đơn lẻ này có thể cách mạng hóa sản xuất năng lượng toàn cầu.
Tuy nhiên, có vấn đề với tầm nhìn này. Việc đốt cháy hydro có thể không tạo ra khí nhà kính có hại, nhưng việc tạo ra nó thường xảy ra. Hiện tại, hydro chủ yếu được lấy từ nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên, dầu mỏ và than đá. Trớ trêu thay, trong một số trường hợp, sự quan tâm ngày càng tăng đối với nhiên liệu hydro đã củng cố sự phụ thuộc của chúng ta vào các nguồn tài nguyên gây ô nhiễm cao và không bền vững.
Năng lượng xanh Nhật Bản
Nhập Công ty TNHH Năng lượng xanh Nhật Bản (JBEC). Được thành lập vào năm 1975 với tư cách là một công ty tư vấn cho ngành công nghiệp địa phương, năng lượng thay thế và tái chế vật liệu, công ty này hiện đang dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất hydro trung hòa carbon. JBEC bắt đầu quá trình chuyển đổi từ tư vấn sang nghiên cứu và phát triển công nghệ vào đầu thế kỷ 21, ngay khi tiềm năng của nhiên liệu thay thế đang được nhận ra. Năm 1998, Thụy Điển công bố nhà máy điện sinh khối đầu tiên trên thế giới ở Värnamo, sử dụng một quy trình hóa học được gọi là khí hóa để biến gỗ thành khí chứa hydro được gọi là khí tổng hợp – hay gọi tắt là khí tổng hợp. Năm 2001, Iceland tuyên bố ý định khử cacbon bằng cách chuyển sang các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hydro.
Thời điểm hình thành nhất xảy ra vào năm 2002, khi Naoki Dowaki, chủ tịch của JBEC, biết về công nghệ khí hóa của Đức có khả năng sản xuất một lượng lớn hydro. Kết hợp công nghệ mới này với chuyên môn của JBEC trong ngành công nghiệp địa phương và tái chế vật liệu, Dowaki đã hình dung ra cái gọi là “xã hội hydro”: chuỗi giá trị hydro bền vững bắt nguồn từ cộng đồng địa phương, nơi chất thải không thể tái chế được chuyển đổi thành nhiên liệu hydro trên- trang web để cộng đồng địa phương sử dụng.
Sở hữu trí tuệ và Hiệp ước hợp tác sáng chế
Lấy cảm hứng từ tầm nhìn này, vào năm 2002, JBEC đã mua quyền sử dụng công nghệ của Đức từ chủ sở hữu của nó, DM2, và bắt đầu làm việc để cải tiến quy trình khí hóa. Nhận thức được rằng mình đang tạo ra những nền tảng mới trong lĩnh vực sản xuất hydro, JBEC đã nhanh chóng bảo vệ tài sản trí tuệ (IP) của mình bằng một loạt bằng sáng chế ở Nhật Bản và nước ngoài. Ví dụ, vào năm 2002, JBEC đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tại Nhật Bản, bao gồm công nghệ thu hồi hydro từ chất thải hữu cơ. Năm sau, JBEC đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tương tự ở Canada, Trung Quốc, Indonesia và Úc. Trong khi các ứng dụng này đang được xử lý, hầu hết đã không được cấp cho đến năm 2009 – sáu năm sau. Đồng thời, JBEC cũng đã mua các bằng sáng chế hiện có từ DM2 để tăng cường bảo vệ IP của mình.
Với tham vọng quốc tế của mình, JBEC đã tận dụng tư cách thành viên của Nhật Bản trong Hiệp ước hợp tác sáng chế (PCT). Thỏa thuận này cho phép các nhà phát minh nộp “bằng sáng chế quốc tế” có thể được đăng ký đồng thời ở nhiều quốc gia. PCT loại bỏ một số trở ngại có thể cản trở việc cấp bằng sáng chế quốc tế, chẳng hạn như sự khác biệt về định dạng ứng dụng và thanh toán trước. Ngoài ra, các đơn PCT được đệ trình lên cơ quan tra cứu quốc tế và đưa ra ý kiến bằng văn bản. Điều này không chỉ làm giảm công việc tìm kiếm và kiểm tra của từng văn phòng sáng chế, mà còn cho phép nhà phát minh đưa ra ý kiến sáng suốt về khả năng được cấp bằng sáng chế. Đến nay, JBEC đã nộp đơn PCT tại 21 quốc gia, bao gồm một số công việc hợp tác với Đại học Khoa học Tokyo
Nhà máy khí hóa tiên tiến (AGP)
Sau hai thập kỷ nghiên cứu và phát triển tiên phong, JBEC đã phát triển Nhà máy Khí hóa Tiên tiến (AGP), nhà máy khí hóa mới nhất và tiên tiến nhất của họ cho đến nay. Tính năng chính của công nghệ này là việc sử dụng sáng tạo các quả bóng alumina (nhôm oxit) để phân bổ nhiệt đều trong quy trình. Quá trình khí hóa đòi hỏi nhiệt độ cực cao – thường vượt quá 800°C. Sự gia nhiệt không đều có thể dẫn đến sự hình thành hắc ín, vốn nổi tiếng là ngăn chặn và gây hư hại cho các bộ phận quan trọng của nhà máy khí hóa. Công nghệ sưởi ấm cải tiến của JBEC giúp vượt qua rào cản lớn này – cho phép quá trình khí hóa hiệu quả hơn nhiều.
Việc sử dụng bóng alumina của AGP cũng cho phép kiểm soát nhiệt độ phù hợp với mục đích dựa trên vật liệu được xử lý. Như vậy, công nghệ này có thể sản xuất hydro từ nhiều loại chất thải hữu cơ – từ chất thải nông nghiệp, xây dựng và công nghiệp đến thực phẩm, nhựa, giấy, bùn thải và chất thải rắn đô thị. Tính linh hoạt về nguyên liệu của công nghệ này giúp loại bỏ nhu cầu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để sản xuất hydro. Ngoài ra, quy trình khí hóa tinh chỉnh của JBEC để lại lượng khí thải carbon tối thiểu, khác biệt với các phương pháp sản xuất hydro thông thường vốn có thể thải ra một lượng đáng kể carbon dioxide.
Mô-đun Khí hóa Tiên tiến (AGM) của JBEC, một nhà máy quy mô nhỏ 1 tấn khô mỗi ngày, được thiết lập để sản xuất từ 20 đến 50 kg hydro mỗi ngày tùy thuộc vào cấu hình hệ thống và chất lượng nguyên liệu. Lượng hydro được sản xuất mỗi ngày đủ để lấp đầy 4-10 phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro cỡ trung – có khả năng đi được tổng quãng đường từ 2.400 km-6.000 km. JBEC, phối hợp với Đại học Khoa học Tokyo, cũng đang phát triển gói hợp kim lưu trữ hydro áp suất thấp – mở rộng hơn nữa các ứng dụng của nhiên liệu hydro được sản xuất.
Hướng tới một xã hội hydro theo định hướng tái chế
IP vẫn là trung tâm hoạt động kinh doanh của JBEC. JBEC cũng đã thiết lập một mô hình kinh doanh cấp phép sở hữu trí tuệ thành công, chia sẻ công nghệ của họ với một liên doanh ở Hoa Kỳ như một phần trong tầm nhìn của họ nhằm thiết lập một “ xã hội hydro định hướng tái chế ”.
Những lời kêu gọi hành động vì khí hậu và cuộc sống bền vững ngày càng tăng đồng nghĩa với việc nhu cầu về nhiên liệu hydro sạch có thể sẽ tiếp tục tăng. Nhu cầu về năng lượng bền vững được gói gọn trong Mục tiêu Phát triển Bền vững 7 của Liên hợp quốc , thúc giục tất cả các quốc gia “đảm bảo khả năng tiếp cận năng lượng hợp lý, đáng tin cậy, bền vững và hiện đại cho tất cả mọi người.”
Để theo đuổi mục tiêu này, vào năm 2020, JBEC đã bắt tay vào một dự án chung với Cục Thoát nước của Chính quyền Thành phố Tokyo và bốn đối tác xây dựng và bao tiêu khác để thương mại hóa một hệ thống sản xuất hydro từ một nguồn đáng ngạc nhiên: bùn thải. JBEC đã phát triển công nghệ sử dụng bùn thải khô làm nguyên liệu, đảm bảo nhà máy của họ có thể tiếp tục sản xuất hydro tái tạo chất lượng cao với đầu vào mới này.
Nhìn về tương lai, Naoki Dowaki và JBEC đặt mục tiêu xây dựng IP đáng kể của họ để đạt được tầm nhìn về một xã hội hydro bền vững bằng cách cung cấp giải pháp trọn gói cho khách hàng. Các lò khí hóa thế hệ tiếp theo, đủ nhỏ để được xây dựng tại nguồn chất thải hữu cơ, đang được phát triển. Bằng cách loại bỏ nhu cầu vận chuyển chất thải và hydro qua một khoảng cách dài, các nhà máy khí hóa hàng đầu này sẽ không chỉ giảm lượng khí thải hơn nữa mà còn hoàn thành mục tiêu của công ty là thiết lập các cộng đồng địa phương dựa vào hydro bền vững, ngay cả ở những vùng xa xôi trên khắp thế giới.
Nguồn: WIPO