Phát thải khí nhà kính từ lĩnh vực vận tải biển đang được coi là một trong những vấn đề gây ô nhiễm môi trường cần phải loại bỏ. Mặc dù lượng phát thải trong lĩnh vực này chiếm một phần tương đối nhỏ (khoảng 1,7% tổng lượng phát thải toàn cầu) nhưng chúng vẫn cần được xử lý trong bối cảnh nhiệt độ trái đất đang dần nóng lên và hiệu ứng nhà kính đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của con người và hệ sinh thái.
Mặt khác, việc vận hành những con tàu khổng lồ, nặng nề khi di chuyển hàng nghìn km trên mặt nước cũng đòi hỏi một lượng lớn nhiên liệu, năng lượng. Trong khi đa số chúng sử dụng dầu diesel đang bị khai thác quá mức và việc tìm kiếm các giải pháp thay thế cũng đang gặp rất nhiều khó khăn.
Trước đây, một số chủ tàu đã sử dụng các lò phản ứng hạt nhân trên tàu để cung cấp năng lượng sạch cho các tàu lớn như tàu phá băng và tàu ngầm, tuy nhiên chúng lại quá đắt đỏ đối với việc vận chuyển hàng hóa. Ngoài ra, sử dụng pin năng lượng sạch cũng không khả thi do nhược điểm mật độ năng lượng thấp, không đáp ứng nhu cầu tiêu hao năng lượng cần thiết để vận hành tàu. Hydro, amoniac và các loại nhiên liệu trung tính carbon mang lại một số hy vọng nhưng hiện chúng vẫn chưa được thử nghiệm thực tế trên quy mô lớn, cần nghiên cứu thêm nữa.
Mới đây, nhóm nghiên cứu của Đại học Northwestern (Mỹ) đã ra mắt một giải pháp mới vừa có thể làm nhiên liệu vận hành tàu biển vừa không phát thải giúp bảo vệ môi trường. Đó là những con tàu lớn không tiếp tục sử dụng động cơ đốt trong thông thường nữa mà sử dụng hydrocarbon – nguồn nguyên liệu dồi dào, dễ dàng ứng dụng ở nhiều hệ thống. Trong quá trình vận hành hệ thống mới sẽ thu lại tất cả lượng khí thải CO2 trên tàu để sử dụng cho quá trình vận hành của tàu hoặc mục đích khác.
Mô phỏng quá trình vận hành của hệ thống thu giữ CO2
Cụ thể, những con tàu sẽ chạy bằng động cơ điện với năng lượng được tạo ra từ hydrocarbon bằng cách sử dụng pin nhiên liệu oxit rắn hoặc SOFC. Hệ thống vận hành theo phương thức không phát thải nhờ sử dụng hydro làm nhiên liệu, SOFCs cũng có khả năng tạo ra điện từ nhiên liệu hydrocacbon với hiệu suất cao, chi phí thấp và máy móc đơn giản. Các sản phẩm phụ là nước và carbon dioxide làm cho việc thu giữ và lưu trữ riêng biệt trở nên đơn giản hơn.
Travis Schmauss, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: Pin nhiên liệu oxit rắn rất quan trọng vì nó đốt cháy nhiên liệu bằng oxy nguyên chất, tạo ra sản phẩm CO2 đậm đặc có thể bảo quản được. Khi CO2 đậm đặc được nén, nó có thể được lưu trữ trong một thể tích không lớn hơn nhiều so với lượng nhiên liệu cần thiết, giúp tiết kiệm không gian.
Theo nhóm nghiên cứu, thùng nhiên liệu của con tàu sẽ được lắp một vách ngăn di động có thể nén CO2 bằng cách sử dụng máy nén tiêu chuẩn. Cụ thể, một vách ngăn di động trong thùng nhiên liệu cho phép nó lưu lại CO2 khi nhiên liệu được sử dụng, đồng thời sẽ hoạt động nén đến một điểm mà thể tích nhiên liệu sẽ chỉ tạo ra một thể tích CO2 lớn hơn một chút. Nhóm nghiên cứu lý giải có sự chênh lệnh trên là do trong quá trình nén sẽ tiêu hao khoảng 2% năng lượng tạo ra từ SOFC.
Mặt khác, khi tàu đến cảng đích, carbon sẽ được bơm ra ngoài và nó có thể được cô đặc để tích trữ lâu dài. Do đó, có thể nói, sử dụng nhiên liệu hydrocacbon sẽ là một quá trình không phát thải.
Scott Barnett, tác giả cấp cao của nghiên cứu và là chuyên gia về SOFC cho biết: Công nghệ này thực sự rất dễ hoạt động và không có bất kỳ khó khăn lớn nào có thể cản trở việc vận hành nó. Chỉ cần thay bình nhiên liệu bằng bình hai ngăn, lắp thêm máy nén CO2 và có hệ thống giảm tải, cô lập hoặc tái sử dụng CO2 là có để đưa vào sử dụng.
Đây là một đề xuất có thể đưa vào ứng dụng phát triển về nhiên liệu năng lượng trong tương lai. Nếu SOFC sử dụng nhiên liệu hydrocarbon thực sự được đưa vào sử dụng thì có lẽ sẽ dễ dàng hơn nhiều để hướng đến mục tiêu vận tải xanh.