Công ty khởi nghiệp Aircela, do Mia Dahlgren và Eric Dahlgren sáng lập tại New York (Mỹ), đã phát triển một thiết bị nhỏ gọn có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh, có khả năng sản xuất xăng tổng hợp từ không khí, nước và điện năng tái tạo.
Theo Aircela, mục tiêu của hệ thống là tạo ra nhiên liệu lỏng tương thích với các động cơ xăng hiện có mà không cần khai thác dầu mỏ hay cải tạo phương tiện.
Hiện thiết bị mới hoạt động ở quy mô thử nghiệm. Theo thông tin công ty công bố, mỗi máy có thể thu giữ khoảng 10 kg CO₂ từ không khí mỗi ngày và sản xuất khoảng 1 gallon (3,8 lít) xăng tổng hợp.
Sản lượng này chưa đủ để đáp ứng nhu cầu thương mại, nhưng Aircela cho rằng đây là minh chứng cho khả năng sản xuất xăng mà không cần sử dụng carbon hóa thạch. Thay vì lấy carbon từ dầu mỏ, hệ thống sử dụng CO₂ thu giữ trực tiếp từ khí quyển.
Aircela tạo ra xăng tổng hợp như thế nào?
Theo Aircela, thiết bị sử dụng công nghệ thu giữ carbon trực tiếp từ không khí (Direct Air Capture - DAC). CO₂ được hấp thụ thông qua dung dịch nước, trong khi hydro được tạo ra bằng phương pháp điện phân nước sử dụng điện năng tái tạo.
Sau đó, CO₂ và hydro được kết hợp để tạo thành methanol. Tiếp theo, methanol được chuyển hóa thành xăng thông qua quy trình xúc tác MTG (Methanol to Gasoline).
Aircela cho biết họ không sử dụng quy trình Fischer-Tropsch - một công nghệ phổ biến trong sản xuất nhiên liệu tổng hợp. Thay vào đó, công ty áp dụng phương pháp hydro hóa trực tiếp CO₂ để tạo methanol trước khi chuyển hóa thành xăng.
Theo Aircela, quy trình này cho phép sản xuất nhiên liệu đạt tiêu chuẩn sử dụng cho ô tô trong một hệ thống dạng mô-đun có kích thước nhỏ gọn.
RON 95 vẫn là loại xăng được sử dụng rộng rãi.
Aircela cho biết xăng tổng hợp của họ là loại "drop-in fuel", tức có thể sử dụng trực tiếp hoặc pha trộn với xăng truyền thống mà không cần thay đổi động cơ, bình nhiên liệu hay hệ thống cấp nhiên liệu.
Theo kết quả thử nghiệm do công ty công bố, nhiên liệu đạt chỉ số AKI 90, tương đương xăng RON 95 trở lên. Aircela cũng cho biết sản phẩm không chứa carbon hóa thạch, ethanol, lưu huỳnh hoặc kim loại nặng.
Tuy nhiên, đây đều là các thông tin do chính công ty công bố và vẫn cần được kiểm chứng thông qua các quy trình chứng nhận cũng như đánh giá độc lập trước khi thương mại hóa.
Điểm khác biệt lớn nhất giữa loại nhiên liệu này và xăng truyền thống nằm ở nguồn carbon. Trong khi xăng thông thường sử dụng carbon từ dầu mỏ, xăng tổng hợp của Aircela lấy carbon trực tiếp từ CO₂ trong khí quyển.
Dù vậy, điều này không đồng nghĩa phương tiện sẽ không phát thải CO₂. Khi nhiên liệu được đốt trong động cơ, khí CO₂ vẫn được tạo ra. Mức độ giảm tác động đến khí hậu còn phụ thuộc vào nguồn điện sử dụng, hiệu suất sản xuất và toàn bộ vòng đời của nhiên liệu.
Vì vậy, ở giai đoạn hiện nay, công nghệ này được xem là một giải pháp tái sử dụng carbon trong khí quyển để tạo nhiên liệu lỏng, thay vì là giải pháp loại bỏ hoàn toàn khí thải.
Thế giới đang tìm mọi giải pháp để giảm phát thải CO2.
Vì sao nhiên liệu tổng hợp được quan tâm?
Nhiên liệu tổng hợp được xem là một lựa chọn tiềm năng cho những lĩnh vực mà điện khí hóa còn gặp nhiều rào cản, như xe đang lưu hành, xe máy, máy nông nghiệp, tàu thuyền, máy bay hay các dòng xe cổ.
Đối với xe máy, loại nhiên liệu này đặc biệt đáng chú ý bởi động cơ nhỏ gọn vẫn có ưu thế về trọng lượng và thời gian tiếp nhiên liệu.
Tuy nhiên, công nghệ của Aircela vẫn còn nhiều hạn chế. Với sản lượng chỉ khoảng 3,8 lít mỗi ngày cho mỗi thiết bị, hệ thống chưa thể đáp ứng nhu cầu của các trạm xăng hay đội xe thương mại.
Khả năng ứng dụng thực tế sẽ phụ thuộc vào việc tăng quy mô sản xuất, giảm giá thành, bảo đảm nguồn điện tái tạo, nâng cao độ tin cậy của thiết bị và đáp ứng các yêu cầu chứng nhận về nguồn gốc carbon.
Hướng tới mô hình sản xuất nhiên liệu phân tán
Aircela cho biết thiết bị được thiết kế theo mô hình sản xuất phân tán, tức nhiều đơn vị quy mô nhỏ được lắp đặt gần nơi tiêu thụ nhiên liệu thay vì phụ thuộc vào chuỗi khai thác, lọc hóa dầu và vận chuyển truyền thống.
Tuy nhiên, để mô hình này có thể thương mại hóa, công ty vẫn cần chứng minh hiệu quả kinh tế và khả năng vận hành ngoài môi trường thử nghiệm.
Không chỉ Aircela theo đuổi hướng đi này. Porsche trong nhiều năm qua cũng hỗ trợ phát triển nhiên liệu tổng hợp thông qua dự án Haru Oni tại Chile do HIF Global triển khai. Dự án sử dụng điện gió để sản xuất hydro, sau đó kết hợp với CO₂ nhằm tạo ra nhiên liệu điện tử (e-fuel).
Châu Âu cũng thúc đẩy nhiên liệu không hóa thạch
Tại Liên minh châu Âu, nhiên liệu tổng hợp ngày càng được quan tâm trong bối cảnh các quy định về khí thải ngày càng nghiêm ngặt.
Các quy định áp dụng từ năm 2035 yêu cầu ô tô mới bán ra phải không phát thải CO₂ nhằm hướng tới mục tiêu trung hòa khí hậu vào năm 2050. Tuy nhiên, các phương tiện chạy xăng và diesel đang lưu hành vẫn được phép tiếp tục sử dụng sau mốc thời gian này.
Điều đó khiến các loại nhiên liệu tương thích với động cơ hiện có tiếp tục được nghiên cứu như một giải pháp giảm phụ thuộc vào dầu mỏ.
Trong lĩnh vực đua xe, MotoGP cũng đã công bố lộ trình sử dụng 100% nhiên liệu không hóa thạch từ năm 2027. Nguồn gốc carbon sẽ được xác minh bằng phương pháp kiểm tra C14 nhằm phân biệt carbon hóa thạch với carbon có nguồn gốc từ khí quyển hoặc sinh khối.
Theo MotoGP, hai hướng phát triển chính gồm nhiên liệu sinh học và nhiên liệu điện tử được sản xuất từ CO₂ thu giữ trực tiếp từ không khí.
Dù vậy, việc áp dụng trong các giải đua không đồng nghĩa công nghệ sẽ nhanh chóng phổ biến trên thị trường dân dụng. Đối với người tiêu dùng, giá thành, nguồn cung, khả năng tương thích và hiệu quả môi trường trên toàn bộ vòng đời nhiên liệu vẫn là những yếu tố quyết định.
Ở thời điểm hiện tại, thiết bị của Aircela chưa thể thay thế các nhà máy lọc dầu hay mạng lưới trạm xăng. Tuy nhiên, đây là một minh chứng công nghệ cho khả năng sản xuất xăng tổng hợp từ CO₂ trong khí quyển, nước và điện tái tạo.
Việc loại nhiên liệu này có thể được thương mại hóa hay không sẽ phụ thuộc vào khả năng mở rộng quy mô, chi phí sản xuất, các tiêu chuẩn chứng nhận cũng như sự chấp thuận của cơ quan quản lý. Với động cơ đốt trong, đây được xem là một hướng phát triển song song với quá trình điện khí hóa, thay vì thay thế hoàn toàn.