Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ năm, 22/04/2021 | 04:36

Thứ năm, 22/04/2021 | 04:36

Giải thưởng

Cập nhật lúc 20:57 ngày 03/04/2021

Làm chủ công nghệ tiên tiến, tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng hướng đến phát triển bền vững

Kết quả này có được từ quá trình lao động miệt mài của tập thể các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hóa dầu (Keylab PRT) - Bộ Công Thương với tổng thời gian nghiên cứu khoảng 20 năm. 
Trong thế giới hiện đại ngày nay hầu như không có sản phẩm hay nhiên liệu nào con người sử dụng không liên quan tới nhiên liệu hóa thạch, hoặc cụ thể hơn là có nguồn gốc từ dầu mỏ. Nguồn năng lượng này không vô tận và đang cạn kiệt nhanh chóng. Tìm kiếm những giải pháp nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch là yêu cầu bắt buộc để phát triển kinh tế bền vững, đồng thời cũng sẽ đóng góp đáng kể cho mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính, làm chậm quá trình biến đổi khí hậu. 
Trong xu hướng chung đó, các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hóa dầu (Keylab PRT) đã không ngừng tìm tòi, nghiên cứu các công nghệ mới nhằm tìm ra các giải pháp tối ưu cho bài toán kể trên. Một loạt các công nghệ hiện đại, tiệm cận trình độ tiên tiến nhất thế giới đã được phát triển, bước đầu thử nghiệm với kết quả rất khả quan. 
Xu hướng thế giới về tiết kiệm năng lượng hóa thạch
Công nghệ tiệm cận trình độ thế giới
Theo GS. TS. Vũ Thị Thu Hà, Giám đốc Keylab PRT, cụm công trình "Nghiên cứu, thiết kế công nghệ chế tạo và ứng dụng vật liệu xúc tác dị thể và vật liệu nano trong lĩnh vực lọc dầu sinh học, tiết kiệm năng lượng hóa thạch và sản xuất năng lượng mới, vì sự phát triển bền vững" đã giải quyết được 03 vấn đề quan trọng, đó là: i) phát triển công nghệ điều chế và ứng dụng xúc tác dị thể trong lọc dầu sinh học; ii) phát triển công nghệ chế tạo phụ gia tiết kiệm năng lượng, giảm khí thải; iii) phát triển công nghệ chế tạo và ứng dụng xúc tác nano trong pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp alcohol.
Cụm công trình đã áp dụng các công nghệ tiên tiến, tiệm cận trình độ khu vực và thế giới; các giải pháp linh hoạt, phù hợp với điều kiện công nghệ, nguồn nhiên liệu trong nước; chi phí hợp lý cho doanh nghiệp, người tiêu dùng Việt Nam.
Hệ thống thiết bị sản xuất phụ gia đa năng FNT6VN
Trong nhóm đề tài thứ nhất, đội ngũ nghiên cứu đã thành công phát triển công nghệ sản xuất và thương mại hóa phụ gia tiết kiệm năng lượng FNT6VN, giảm phát thải cho các phương tiện giao thông vận tải và công nghiệp dựa trên cơ sở ứng dụng vật liệu nano oxide kim loại kết hợp với công nghệ vi nhũ đảo nước/dầu. 
Đặc điểm của các vật liệu này là cho phép pha trộn với hầu hết mọi loại nhiên liệu, từ xăng, xăng sinh học, diesel, diesel sinh học, dầu FO, tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải rất hiệu quả. Qua thử nghiệm thực tế cho thấy nhiên liệu phối trộn phụ gia FNT6VN đem lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng trung bình từ 8-15%, giảm khí thải độc hại HC, CO và khói lên đến 20% với tùy loại phương tiện. Qua tính toán ước lượng, nếu ứng dụng phụ gia đa năng tiết kiệm nhiên liệu ở quy mô toàn quốc, với mức tiêu thụ khoảng 200.000 lít/năm, lợi nhuận ròng sẽ vào khoảng 23.000 tỷ đồng, tương đương 1 tỷ USD.
Theo chia sẻ của GS. TS. Vũ Thị Thu Hà thì "đây là kết quả hoàn toàn mới, nằm ngoài mong đợi của nhóm tác giả". Công trình nghiên cứu độc đáo này đã được Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam cấp bằng độc quyền sáng chế.
Đối với nhóm đề tài thứ hai, phát triển các tổ hợp lọc dầu sinh học (biorefinery), các nhà khoa học đã tìm ra giải pháp tối ứu hóa quá trình chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu thông qua cải tiến quá trình xúc tác dị thể. 
Vấn đề của các phương pháp xúc tác dị thể truyền thống trong chế biến dầu mỏ thành nhiên liệu và hóa chất là không phù hợp để xử lý sinh khối, do bản chất hóa học giữa hai nguồn nguyên liệu khác nhau. Thêm vào đó, các dẫn xuất từ sinh khối cần được xử lý nhiều bước để được chuyển hóa thành nhiên liệu và hóa chất. 
Để giải quyết vấn đề này, giải pháp là phát triển các vật liệu đa chức năng cho phép giảm độ phức tạp của quy trình. Từ định hướng này, trong vòng 7 năm từ 2012 đến 2019, các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm đã bắt tay nghiên cứu, thử nghiệm, phát triển các công nghệ khác nhau để tìm ra lời giải phù hợp nhất. Kết quả, một loạt các quy trình công nghệ mới ra đời. Đó là công nghệ trans-ester hóa sản xuất dầu diesel sinh học gốc từ dầu mỡ động thực vật phế thải; công nghệ sản xuất hợp phần của dung môi sinh học bằng quá trình ester hóa acid lactic kết hợp chiết ethyl lactate; công nghệ inter-ester hóa sản xuất dung môi sinh học gốc; thăm dò một số công nghệ chế biến nguyên liệu lọc dầu sinh học (nguyên liệu tự nhiên chứa dầu) để tạo dầu nguyên chất thượng hạng không sử dụng nhiệt, hóa chất, phụ gia, enzyme ngoại sinh; và thăm dò công nghệ chế biến phụ phẩm của quá trình lọc dầu sinh học tạo sản phẩm có giá trị gia tăng cao. 
Các kết quả độc đáo này đã được cấp bằng bảo hộ độc quyền sáng chế bởi Cục Thương hiệu và Bản quyền sáng chế Hoa Kỳ, Cơ quan Sáng chế châu Âu và Cơ quan Sở hữu trí tuệ Brazil.
Nguyên lý hoạt động và sơ đồ pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp ethanol
Nhóm đề tài cuối cùng, phát triển năng lượng mới, cụ thể là pin nhiên liệu thân thiện môi trường. Các nhà khoa học thuộc Keylab PRT đã nghiên cứu, phát triển một số công nghệ có thể sản xuất pin nhiên liệu DAFC thông qua ứng dụng xúc tác nano trên cơ sở Pt/graphen. Kết quả, một loạt các công nghệ chủ chốt liên quan đã được nghiên cứu phát triển thành công bao gồm: công nghệ chế tạo vật liệu xúc tác nano trên cơ sở Pt/graphen có hoạt tính và độ bền cao trong phản ứng oxy hóa điện hóa methanol và ethanol; ứng dụng vật liệu xúc tác nano cơ sở Pt/graphen chế tạo anot cho pin DAFC. Đồng thời, thử nghiệm thành công 05 mô hình pin DAFC với hiệu suất chuyển hóa hóa năng thành điện năng đạt đến trên 95%. Từ đó, mở ra các hướng nghiên cứu mới đối với vật liệu nano xúc tác quang hóa nano TiO2, vật liệu nano ứng dụng làm phụ gia kết dính…
Các kết quả trực tiếp và mở rộng của nhóm đề tài được hội đồng khoa học của Bộ Công Thương đánh giá rất cao về tính đổi mới sáng tạo, trình độ công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới, cũng như là tiềm năng ứng dụng thực tế.
GS. TS. Vũ Thị Thu Hà, Giám đốc Keylab PRT
Hợp tác phát triển sản phẩm
Theo Giám đốc Keylab PRT, với vai trò là đơn vị đi đầu trong nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực lọc, hóa dầu, trọng tâm số một của Phòng thí nghiệm sẽ luôn đẩy mạnh đổi sáng tạo công nghệ nguồn, có bản quyền, trên cơ sở triển khai các kết quả nghiên cứu khoa học có tính mới, tính thời sự trong lĩnh vực vật liệu xúc tác dị thể và vật liệu nano vì sự phát triển bền vững.
GS. TS. Vũ Thị Thu Hà chia sẻ trong giai đoạn 2015-2020, Keylab PRT đã công bố 27 công trình khoa học trên tạp chí quốc tế có uy tín; sở hữu 24 bằng độc quyền sở hữu trí tuệ được cấp bởi Cục sở hữu trí tuệ Việt Nam, Cục Thương hiệu và Bản quyền sáng chế Hoa Kỳ; Cơ quan Sáng chế châu Âu và Cơ quan Sở hữu trí tuệ Brazil, cùng rất nhiều đơn đăng ký sở hữu trí tuệ đang trong quá trình xét duyệt trong nước và quốc tế khác. 
Thực tế trong quá trình nghiên cứu, cụm công trình đã phát triển và/hoặc làm chủ nhiều công nghệ tiên tiến thế giới. Trong đó có nhiều công trình thực hiện trong nước, với 100% năng lực và trí tuệ Việt Nam. Những công trình này không chỉ khẳng định năng lực nghiên cứu của các nhà khoa học Việt Nam; đồng thời góp phần giải quyết bài toán kinh tế-môi trường phù hợp với điều kiện công nghệ, năng lực tài chính của doanh nghiệp và người tiêu dùng trong nước. 
Hướng đi tiếp theo của Keylab PRT là đẩy mạnh hợp tác với các đối tác trong và ngoài nước để hoàn thiện các công nghệ ở quy mô công nghiệp, tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất xám và giá trị gia tăng cao, có khả năng ứng dụng đa dạng, góp phần giải quyết các bài toán kinh tế-môi trường một cách bền vững. 
Theo đại diện Keylab PRT, qua quá trình liên kết sản xuất thử nghiệm, thương mại với kết quả ban đầu rất khả quan, nhiều doanh nghiệp đang ngỏ lời hợp tác để đầu tư mở rộng sản xuất các sản phẩm của cụm đề tài như phụ gia đa năng tiết kiệm năng lượng FNT6VN. Một số quỹ môi trường hiện đang xem xét tài trợ cho dự án sản xuất quy mô công nghiệp với tổng mức đầu tư lên tới hàng chục triệu USD vì tiềm năng to lớn và giá trị môi trường bền vững mà công trình đem lại. 
Với những thế mạnh về chất xám, kinh nghiệm và cơ sở vật chất đang có, trong thời gian tới Keylab PRT tiếp tục chủ động đẩy mạnh ứng dụng kết quả khoa học công nghệ vào nghiên cứu, sản xuất các sản phẩm mới, đạt tiêu chuẩn quốc tế, có sức cạnh tranh cao tại thị trường trong nước và quốc tế. Đồng thời không ngừng phát triển nguồn nhân lực cán bộ trình độ cao, góp phần nâng cao vai trò và vị thế nền khoa học công nghệ Việt Nam trên trường quốc tế thông qua các công trình công bố trên các tạp chí chuyên ngành có uy tín trên thế giới.
Với những thành quả xuất sắc trên, Keylab PRT đã đề xuất và được Bộ Công Thương chấp thuận đề xuất cụm công trình "Nghiên cứu, thiết kế công nghệ chế tạo và ứng dụng vật liệu xúc tác dị thể và vật liệu nano trong lĩnh vực lọc dầu sinh học, tiết kiệm năng lượng hóa thạch và sản xuất năng lượng mới, vì sự phát triển bền vững" xét tặng Giải thưởng Nhà nước về Khoa học và Công nghệ đợt 6. 
Hội đồng xét tặng Giải thưởng Nhà nước về khoa học và công nghệ năm nay sẽ tiến hành làm việc từ tháng 4 tới giữa tháng 7, trình Thủ tướng Chính phủ vào cuối tháng 8 năm 2021. 
Giang Nguyễn

lên đầu trang