Bài 2: Thành công bước đầu và nỗi lo tiềm ẩn

Đây là những loại mỏ khí chứa thành phần CO2 trên 10%. CO2 là chất trơ, không tạo ra năng lượng. Nên việc khai thác khí chứa CO2 sẽ gặp trở ngại về mặt hiệu quả kinh tế, kỹ thuật vì khi khai thác khí đó lên sẽ khó chuyển hóa về mặt hóa học. Hai là nhiệt trị thấp vì CO2 không tạo ra nhiệt trị, đây là sản phẩm của quá trình đốt chứ không phải chất đốt. Như vậy, những mỏ khí chứa hàm lượng CO2 cao sẽ khó khai thác để sử dụng bởi hiệu quả thấp. Do vậy, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petrovietnam) đặt vấn đề tìm những con đường khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên đất nước, nguồn khí thiên nhiên chứa CO2.

Ông Ngô Thường San - nguyên Chủ tịch Hội Dầu khí Việt Nam mới đặt vấn đề với VPI về việc tìm con đường sử dụng nguồn khí chứa hàm lượng CO2 cao này. Một mặt, góp phần về vấn đề môi trường vì chúng ta sử dụng được nguồn CO2. Một mặt, giúp Petrovietnam nói riêng, Việt Nam nói chung, sử dụng được những nguồn tài nguyên đất nước.

Đối với VPI, lãnh đạo Viện cùng nhóm nghiên cứu cũng có những trao đổi, thảo luận về việc sử dụng, chuyển hóa. Về mặt lý thuyết, nghiên cứu khoa học thì có nhiều, nhưng vấn đề ta chọn con đường nào để nghiên cứu phát triển. Lúc đấy, nhóm nghiên cứu của VPI có đặt ra một số tiêu chí, trong đó có tiêu chí làm sao để nghiên cứu lựa chọn công nghệ để chuyển hóa đồng thời thành phần CO2 và hydrocarbon có trong khí thiên nhiên chứa CO2. Ngoài ra, tiêu chí nữa là việc chuyển hóa phải mang lại hiệu quả cao, giá trị tăng cao thì cần nghĩ tới tạo ra sản phẩm có giá bán ra thị trường cao. Đó là một số điểm mà Viện trao đổi, thảo luận và đặt ra những tiêu chí như vậy. Thời điểm đó vào khoảng năm 2015, 2016.

Về mặt lý thuyết, khí thiên nhiên chứa hàm lượng CO2 cao như vậy trên thế giới đã có công nghệ và sản xuất ra sản phẩm methanol, nhưng hàm lượng CO2 cũng bị giới hạn. Nghĩa là khí đầu vào để chuyển hóa methanol bị giới hạn. Thứ 2 là khi chuyển hóa khí có CO2 ra sản phẩm methanol - loại sản phẩm dùng phổ biến trong công nghiệp có giá rẻ hơn xăng, dầu.

Theo TS Nguyễn Hữu Lương, chuyên gia cao cấp của VPI, Trưởng nhóm nghiên cứu vật liệu carbon, từ năm 2016, nhóm đã làm việc với một Việt kiều Mỹ có công ty start-up về việc chuyển hóa từ etilen nguyên chất (C2H4) thành CNT theo công nghệ mới với những ưu điểm so với công nghệ của LG Chem hoặc những doanh nghiệp thế giới khác đang sử dụng. Khi đó, nhóm nghiên cứu quyết định chọn công nghệ của Việt kiều này để chuyển hóa khí thiên nhiên chứa CO2 thành vật liệu nano carbon là loại vật liệu có giá bán trên thị trường cao. Nhưng công nghệ này áp dụng cho etilen (C2H4), còn nguyên liệu của chúng ta là khí thiên nhiên chứa CO2 (trong khí này có thành phần chủ yếu là metan CH4 và CO2). Vì vậy, nếu ta chuyển hóa thành công CH4 và CO2 thành nano carbon sẽ thỏa mãn nhiều tiêu chí đã đặt ra khi thảo luận. Ví dụ tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị cao rồi sử dụng được CO2, đặc biệt CH4 và CO2 là những khí gây hiệu ứng nhà kính. Nếu chuyển hóa được thì sẽ giúp cải thiện tốt hơn về môi trường.

Cuối năm 2016, đầu năm 2017, nhóm nghiên cứu bắt tay vào việc làm sao ứng dụng công nghệ, quy trình của bên công ty Mỹ vào đối tượng nguyên liệu khí của Việt Nam. Nhóm đã phải đi từ việc xác định quy trình tổng hợp CNT phù hợp, xác định quy trình xử lý xúc tác phù hợp, xác định thành phần xúc tác phù hợp… Vì nguyên liệu của công ty Mỹ khác nguyên liệu của Việt Nam. Nhóm nghiên cứu ở VPI có 4 người làm tổng hợp vật liệu CNT. Còn một nhóm khác 4 người sử dụng sản phẩm CNT để thử nghiệm các ứng dụng khác nhau. Các nhóm kết hợp với sinh viên Trường Đại học Dầu khí ở Bà Rịa - Vũng Tàu. Nhóm này nằm trong Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Chế biến Dầu khí tại TP HCM. Trong trung tâm này có 5 bộ phận nghiên cứu khoa học khác nhau. Nhóm nghiên cứu vật liệu CNT, graphene này nằm trong Phòng Công nghệ Hóa dầu.

Trong lĩnh vực nano carbon có 2 nhóm: tổng hợp vật liệu và sử dụng vật liệu đấy cho ứng dụng khác nhau. Đối với nhóm tổng hợp vật liệu, VPI đã phát triển thành công quy trình công nghệ để chuyển hóa khí thiên nhiên giàu CO2 với hàm lượng CO2 lên đến 30% chuyển hóa thành vật liệu CNT, graphene. Trong quy trình công nghệ này, nhóm phát triển được loại xúc tác mới khác với công nghệ hoặc xúc tác mà LG Chem, các công ty Trung Quốc sử dụng. Các công ty này, để sản xuất CNT, họ dùng một thiết bị phản ứng thông thường (reactor) và sử dụng xúc tác dạng bột. Lớp xúc tác đặt cố định trong thiết bị đó hoặc tầng sôi.

Như LG Chem đặt trong tầng sôi, lớp xúc tác dao động trong quá trình phản ứng. Trong quá trình phản ứng, CNT sẽ hình thành trên từng hạt xúc tác rất nhỏ kích thước nano. Vật liệu nano carbon này sẽ phát triển, gắn liền với các hạt xúc tác vì trong những hạt xúc tác đó có tâm kim loại nên CNT sẽ phát triển từ từ trong những tấm kim loại đó. Tuy nhiên, sau phản ứng, để thu hồi CNT, họ sẽ phải loại bỏ xúc tác. Vì vậy, quy trình hiện nay họ sử dụng những dung môi có tính acid hoặc tính kiềm để hòa tan xúc tác ra và thu hồi vật liệu nano carbon. Nhưng yếu điểm quy trình truyền thống như vậy là trong quá trình dùng acid hoặc kiềm sẽ tác động đến vật liệu nano carbon, làm hư hại. Hai là sau đó họ sẽ phải xử lý dung dịch thải tạo ra, tức là dung dịch acid hoặc kiềm hòa tan xúc tác thải ra môi trường bởi trong đó có kim loại... Đó là quy trình truyền thống.

Còn quy trình nhóm nghiên cứu của VPI áp dụng sẽ không sử dụng xúc tác dạng bột, mà sử dụng chất xúc tác là miếng phim rất mỏng làm từ kim loại. Trong quá trình phản ứng, ống nano carbon hình thành trên bề mặt miếng phim. Sau phản ứng, nhóm dùng biện pháp cơ học như cạo để tách vật liệu sản phẩm nano carbon. Như vậy, ưu điểm lớn nhất của quy trình này là không tạo ra chất thải môi trường, cũng như giảm chi phí sản xuất bởi việc xử lý chất thải cũng tốn kém. Từ vật liệu nano carbon hình thành trên bề mặt phim, VPI tiến hành thêm bước chuyển hóa vật liệu này thành graphene. Tức là trên bề mặt tấm phim là vật liệu CNT, để chuyển thành graphene thì nhóm phải cắt dọc ống đó ra thành lớp phẳng.

Đối với nhóm ứng dụng vật liệu, nhóm lựa chọn đối tượng ứng dụng gần gũi, liên quan đến ngành Dầu khí, đồng thời phù hợp với CNT, graphene không đòi hỏi chất lượng quá cao. Bởi sản phẩm sản xuất CNT không phải loại một lớp mà vài lớp. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm, phát triển thương mại như đưa vật liệu CNT, graphene như loại phụ gia để cải thiện tính giảm ma sát, bôi trơn của dầu nhờn (là sản phẩm mà VPI đang hợp tác với PVOIL). Ứng dụng thứ 2 là đưa vào trong phân bón, cụ thể là phân urê của Nhà máy Đạm Cà Mau để cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón. Ví dụ, khi sử dụng phân bón thì có đến quá nửa lượng phân bón đất không hấp thụ sẽ bị rửa trôi vào suối, đất, đá ngầm, ảnh hưởng đến môi trường. Nhưng với loại sản phẩm phân bón mới này sẽ giúp tiết kiệm thay vì 1kg thì dùng nửa kg cho quá trình hấp thụ dinh dưỡng của đất và cây trồng.

Nhóm nghiên cứu cũng đưa vào trong sơn, hợp tác với Nhà máy Lọc dầu Dung Quất. Do những đường ống của nhà máy trong môi trường gần biển bị ăn mòn, tại các khớp nối ống khi nhiệt độ môi trường thay đổi đột ngột sẽ khiến lớp sơn bề mặt vỡ, độ bền cơ kém, nên VPI đưa vật liệu CNT, graphene vào trong sơn để cải thiện tính năng chống ăn mòn và độ bền cơ cho sơn phủ bề mặt.

VPI cũng thử nghiệm đưa các vật liệu vào bê tông, nhựa đường. Đó là một số ứng dụng mà VPI thử nghiệm.

Theo kết quả VPI nghiên cứu, quy trình công nghệ mà Viện đang áp dụng có sử dụng nguồn nguyên liệu khí có chứa đến 30% CO2, về nguyên tắc sẽ phù hợp với mỏ Cá Voi Xanh, Lô B Ô Môn. Các nhà khoa học của VPI sẽ chuyển hóa từ việc thu hồi khí chứa CO2 thành vật liệu CNT, graphene và sử dụng vật liệu đó trong những ứng dụng khác nhau. VPI nhận thấy việc chuyển hóa đó mang lại lợi nhuận cao, giá trị cao, góp phần thúc đẩy khâu đầu tham gia khai thác nhiều khí hơn. CNT, graphene là những vật liệu kích thước nano nên nhu cầu nguyên liệu sẽ không quá lớn.

Tuy nhiên, nỗi lo chính là CNT, graphene là loại vật liệu mới nên cần phát triển thị trường và nhu cầu sử dụng vật liệu có lớn hay không. Việc hợp tác với doanh nghiệp, đơn vị để đưa CNT, graphene vào trong dầu nhờn để bán ra thị trường dù khó khăn nhưng cũng đã làm được và đang được thương mại hóa. Cái khó ở đây là với vật liệu mới, các nhà máy, công ty sẽ phải thay đổi với quy trình hiện tại. Đối với dầu nhờn, thay đổi không nhiều nhưng phải có một bộ phận để đưa vật liệu này vào trong dầu nhờn. Điểm khó tiếp theo là giá thành bị tác động. Trong dầu nhờn thương mại chứa graphene, nhóm nghiên cứu chứng minh được với đối tác rằng, sản phẩm rất tốt và giúp tiết kiệm năng lượng bởi dầu nhờn này làm mát động cơ tốt hơn, thời gian thay dầu lâu hơn, khí thải của xe ít hơn… Tuy vậy, ưu điểm là một chuyện, thị trường chấp nhận sản phẩm mới này hay không lại là chuyện khác liên quan đến marketing sản phẩm.

Vật liệu này có thể xuất khẩu được. Như Trung Quốc đã theo chiến lược bán giá rẻ, số lượng lớn. Việt Nam nếu xuất khẩu phải tính đến khả năng cạnh tranh với Trung Quốc về giá thành. Còn về chất lượng sản phẩm của VPI cao hơn Trung Quốc nên chi phí nhiều hơn. Vì vậy, phải tìm thị trường chấp nhận sản phẩm của Việt Nam hay của VPI ở mức không phải quá đắt. Nhưng điểm quan trọng vẫn là thị trường có chấp nhận loại vật liệu mới này hay không.

VPI còn trở ngại trong việc thương mại hóa sản phẩm này ra thị trường vì thói quen của người tiêu dùng. Ngoài ra còn khó khăn trong việc tìm đối tác vì VPI không sản xuất dầu nhờn. Giá thành của loại dầu nhờn này sẽ tăng nên đối tác phải chấp nhận giảm lợi nhuận, cũng như marketing sản phẩm để người tiêu dùng chấp nhận sử dụng.

Chúng ta đã có bài học lớn trong việc sản xuất và tiêu thụ xăng E5. Ai cũng biết sử dụng xăng pha chế phẩm sinh học đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng, thậm chí họ đã dùng xăng E10, E20, E30… Nhưng ở Việt Nam, do thói quen của người sử dụng và hầu hết không hiểu những đặc tính của xăng sinh học, cộng vào đó là rất nhiều doanh nghiệp kinh doanh xăng dầu không muốn bỏ tiền ra để thay đổi thiết bị… nên xăng sinh học E5 cho đến nay được tiêu thụ cực ít.

Rõ ràng, nếu không có sự “ra tay” của Chính phủ, là có những giải pháp, cơ chế kiên quyết nhằm buộc doanh nghiệp phải sử dụng vật liệu, nguyên liệu mới, vật liệu mới như nano carbon dù giá cả có đắt hơn nhưng mang lại cái lợi tổng thể cho môi trường, cho kinh tế thì vẫn phải làm.

Làm ra vật liệu mới không quá khó. Mà cái khó nhất là phải có cơ chế tiêu thụ.

Nếu không có cơ chế phù hợp để phát triển loại vật liệu thế hệ thứ 4 này, thì rất dễ chúng ta lại dẫm vào vết xe đổ của xăng E5.

Viện Dầu khí Việt Nam và con đường chinh phục CO2

Viện Dầu khí Việt Nam: “Hạt nhân” nghiên cứu, phát triển và sáng tạo sản phẩm số