Trong bối cảnh ngành công nghiệp toàn cầu đang chịu áp lực ngày càng lớn từ các cam kết khí hậu và mục tiêu phát thải ròng bằng 0, Nhà máy đồng phát Vesta tại Brazil mở ra một hướng đi mới: biến dòng khí thải giàu hydro – vốn bị xem là phế phẩm – thành nguồn năng lượng hiệu quả. Dự án không chỉ giúp Braskem, doanh nghiệp vận hành tổ hợp hóa dầu ABC, giảm phát thải CO₂ đáng kể mà còn minh chứng rằng quá trình chuyển dịch năng lượng trong công nghiệp nặng có thể bắt đầu ngay từ việc tái cấu trúc và và tối ưu hóa những hệ thống năng lượng hiện có.

Nhà máy đồng phát Vesta (Vesta Cogeneration Plant) tại tổ hợp hóa dầu ABC, Brazil.

Từ bài toán khí thải đến lời giải năng lượng

Cách tiếp cận của Braskem - nhà sản xuất nhựa nhiệt dẻo lớn nhất Brazil và châu Mỹ - phản ánh một xu hướng đang hình thành trong chuyển dịch năng lượng toàn cầu: thay vì chờ đợi các công nghệ đột phá còn đắt đỏ hoặc chưa sẵn sàng ở quy mô công nghiệp, nhiều doanh nghiệp lựa chọn tối ưu hóa những dòng năng lượng “bị bỏ quên” trong chính chuỗi sản xuất của mình. Hydro phụ phẩm - dòng khí dư phát sinh từ quá trình hóa dầu - trở thành cầu nối giữa mục tiêu giảm phát thải trước mắt và lộ trình trung hòa carbon dài hạn.

Giữa lòng khu công nghiệp lớn nhất Brazil, nơi tổ hợp hóa dầu hoạt động liên tục với cường độ cao, bài toán đặt ra cho các doanh nghiệp là làm thế nào vừa duy trì hiệu suất sản xuất, vừa đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe về môi trường. Trong quá trình sản xuất hóa chất, lượng khí thải giàu hydro phát sinh như một sản phẩm phụ thường bị đốt bỏ hoặc thải ra môi trường.

Tuy nhiên, Braskem đã lựa chọn một cách tiếp cận khác. Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào điện lưới hoặc khí tự nhiên, doanh nghiệp này phát triển dự án Nhà máy đồng phát Vesta nhằm tận dụng chính dòng khí dư giàu hydro làm nhiên liệu. Giải pháp không chỉ giúp nâng cao hiệu suất năng lượng mà còn cắt giảm đáng kể lượng phát thải CO₂, đồng thời cho thấy con đường hướng tới sản xuất bền vững không nhất thiết phải bắt đầu từ việc thay thế toàn bộ hạ tầng hiện có.

Tổ hợp hóa dầu ABC – điểm xuất phát cho mô hình năng lượng mới

Khu vực ABC là một trung tâm công nghiệp lâu đời nằm ở phía nam thành phố São Paulo, bao gồm ba thành phố Santo André, São Bernardo do Campo và São Caetano do Sul. Đây là nơi tập trung các ngành công nghiệp chủ lực của Brazil như ô tô, hóa dầu và luyện kim.

Từ năm 1972, tổ hợp hóa dầu đầu tiên của Brazil đã đi vào hoạt động tại Santo André, với nhiệm vụ chuyển đổi các nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ, như naphtha, thành các hóa chất cơ bản gồm ethylene, propene, butadiene và nhựa hydrocacbon. Những sản phẩm này là nền tảng cho hàng loạt ngành sản xuất, từ xây dựng, ô tô, y tế đến bao bì, dệt may và tiêu dùng.

Chính tại đây, Braskem đã lựa chọn ABC làm nơi tiên phong triển khai mô hình năng lượng mới, nhằm cải thiện hiệu quả vận hành và nâng cao các chỉ số bền vững của tổ hợp.

Đồng phát điện – hơi nước: Giải pháp năng lượng chiến lược

Tháng 2/2019, Braskem ký kết hợp tác với Siemens Energy để hiện đại hóa hệ thống năng lượng tại Tổ hợp Hóa dầu ABC. Trọng tâm của dự án là phân xưởng cracking – trái tim của tổ hợp hóa dầu – nơi tiêu thụ lượng năng lượng lớn và đóng vai trò quyết định đối với chuỗi sản xuất hóa chất và nhựa.

Giải pháp đồng phát điện và hơi nước được lựa chọn như một hướng đi chiến lược. Theo đánh giá của Siemens Energy, mô hình này giúp giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng của tổ hợp khoảng 7,3%, đồng thời tăng độ tin cậy của nguồn điện. Braskem cũng ước tính mức giảm 11,4% lượng nước tiêu thụ và 6,3% lượng phát thải CO₂ nhờ dự án.

Không chỉ cải thiện hiệu quả năng lượng, đồng phát còn giúp doanh nghiệp giảm phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài, hạn chế rủi ro gián đoạn sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh về chi phí.

“Năng lượng như một dịch vụ” và mô hình BOO

Dự án Nhà máy đồng phát Vesta được triển khai theo mô hình BOO (xây dựng – sở hữu – vận hành), trong đó Siemens Energy chịu trách nhiệm đầu tư, xây dựng, vận hành và bảo trì nhà máy trong thời hạn ban đầu 15 năm. Như vậy, Braskem có thể tiếp cận nguồn năng lượng ổn định mà không cần tự đầu tư vốn lớn hay trực tiếp quản lý vận hành.

Giải pháp kỹ thuật bao gồm hai tuabin khí SGT-600, một nhà điện lắp ghép sẵn (E-house) tích hợp hệ thống phân phối và điều khiển điện, mở rộng trạm biến áp cao thế hiện hữu, cùng các máy nén, hệ thống giảm tải tiên tiến và phần mềm điều khiển nhà máy. Tất cả được thiết kế nhằm tối ưu hiệu suất, đảm bảo độ tin cậy cao và giảm phát thải ở mức thấp nhất.

Triển khai dự án và những thách thức kỹ thuật

Quá trình xây dựng dự án bắt đầu từ năm 2020, hoàn thành vào giữa năm 2022 và chính thức vận hành thương mại từ ngày 1/8/2022. Trong quá trình triển khai, Braskem và Siemens Energy cũng mở rộng hợp tác với các nhà cung cấp, nhà thầu và tổ chức đào tạo tại địa phương, qua đó hỗ trợ phát triển kinh tế khu vực và nâng cao chất lượng nguồn nhân lực.

Theo ông Renato Mendes, Giám đốc Nhà máy đồng phát Vesta, thách thức lớn nhất của dự án này là đảm bảo tuabin SGT-600 có thể vận hành ổn định với dòng khí phụ giàu hydro, vốn có thành phần biến động. Bên cạnh đó là bài toán tích hợp các hệ thống điều khiển tiên tiến mà không làm gián đoạn hoạt động liên tục của tổ hợp hóa dầu.

Để giải quyết vấn đề này, các trạm điều khiển đồng phát được đặt ngay trong trung tâm điều khiển chính của Braskem, cho phép hai bên phối hợp theo thời gian thực và duy trì sự ổn định vận hành.

Hydro – động lực cốt lõi của dự án

Trong bối cảnh các quốc gia đẩy nhanh lộ trình thực hiện Thỏa thuận Paris và hướng tới mục tiêu Net Zero vào giữa thế kỷ, hydro ngày càng được xem là một trong những trụ cột của hệ thống năng lượng tương lai. Tuy nhiên, thay vì chờ đợi “hydro xanh” đạt tính cạnh tranh về chi phí, các dự án như Vesta cho thấy giá trị của hydro phụ phẩm trong giai đoạn chuyển tiếp – vừa giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch truyền thống, vừa cắt giảm phát thải ngay trong hiện tại.

Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp với các ngành sử dụng nhiều năng lượng như hóa dầu, luyện kim hay xi măng, do những hạn chế khiến việc thay đổi hoàn toàn công nghệ sản xuất trong ngắn hạn gần như không khả thi.

Trong nhiều quy trình công nghiệp, hydro thường được tạo ra như một sản phẩm phụ. Thay vì đốt bỏ, việc sử dụng hydro làm nhiên liệu cho đồng phát điện và hơi nước mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường rõ rệt, đặc biệt trong bối cảnh khử carbon ngày càng trở thành ưu tiên toàn cầu.

Tại Vesta, mỗi tuabin SGT-600 cung cấp 19 MW điện liên tục và khoảng 80 tấn hơi nước mỗi giờ thông qua hệ thống thu hồi nhiệt. Công nghệ đốt khô phát thải thấp (DLE) thế hệ thứ ba giúp giảm đáng kể lượng CO₂ và NOx, với nồng độ NOx chỉ khoảng 25 ppm. Đáng chú ý, công nghệ này đã được chứng minh có thể vận hành ổn định với tỷ lệ hydro lên tới 80% trong nhiên liệu.

Từ dự án cụ thể đến thông điệp dài hạn

Thành công của Nhà máy đồng phát Vesta cho thấy, chuyển dịch năng lượng trong công nghiệp nặng không nhất thiết phải bắt đầu từ những thay đổi mang tính “cách mạng”, mà có thể xuất phát từ việc tái định nghĩa giá trị của các dòng chất thải và năng lượng phụ. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng hiện hữu, những giải pháp như vậy đóng vai trò then chốt giúp thu hẹp khoảng cách giữa cam kết khí hậu và thực tiễn sản xuất.

Quan trọng hơn, Vesta đặt ra một thông điệp rõ ràng cho ngành công nghiệp toàn cầu: khử carbon không chỉ là bài toán công nghệ mà có thể trở thành động lực đổi mới, nâng cao hiệu quả và năng lực cạnh tranh. Khi áp lực giảm phát thải ngày càng gia tăng, những mô hình năng lượng linh hoạt, tận dụng tối đa tài nguyên sẵn có như Vesta nhiều khả năng sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong bức tranh chuyển dịch năng lượng và ứng phó biến đổi khí hậu của thế giới trong thập kỷ tới./.