Hydro đang nổi lên như một trong những lựa chọn hàng đầu để lưu trữ năng lượng từ năng lượng tái tạo với nhiên liệu dựa trên hydro có khả năng vận chuyển năng lượng từ năng lượng tái tạo trên một quãng đường dài - từ những vùng có nguồn năng lượng dồi dào đến những vùng đói kém năng lượng cách đó hàng nghìn km.

 Hydro xanh đặc trưng trong một số cam kết giảm phát thải tại Hội nghị Khí hậu Liên hợp quốc, COP26, như một phương tiện để khử cacbon trong ngành công nghiệp nặng, vận tải đường dài, vận tải biển và hàng không. Các chính phủ và ngành công nghiệp đều thừa nhận hydro là trụ cột quan trọng của nền kinh tế thuần không.

 Green Hydrogen Catapult, một sáng kiến ​​của Liên hợp quốc nhằm giảm chi phí hydro xanh đã thông báo rằng họ gần như tăng gấp đôi mục tiêu đối với các máy điện giải xanh từ 25 gigawatt đặt ra vào năm ngoái, lên 45 gigawatt vào năm 2027. Ủy ban Châu Âu đã thông qua một bộ luật các đề xuất nhằm khử carbon trên thị trường khí đốt của EU bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp thụ các khí carbon thấp và tái tạo, bao gồm hydro, và để đảm bảo an ninh năng lượng cho tất cả công dân ở châu Âu. Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất cũng đang nuôi tham vọng, với chiến lược hydro mới của nước này nhằm chiếm giữ một phần tư thị trường hydro carbon thấp toàn cầu vào năm 2030 và Nhật Bản gần đây đã tuyên bố sẽ đầu tư 3,4 tỷ USD từ quỹ đổi mới xanh để đẩy nhanh nghiên cứu và phát triển và khuyến khích sử dụng hydro trong 10 năm tới.

 Bạn có thể gặp các thuật ngữ 'xám', 'xanh lam', 'xanh lá cây' được liên kết khi mô tả công nghệ hydro. Tất cả phụ thuộc vào cách nó được sản xuất. Hydro chỉ tạo ra nước khi bị đốt cháy nhưng việc tạo ra nó có thể tốn nhiều carbon. Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, hydro có thể có màu xám, xanh lam hoặc xanh lá cây - và đôi khi có cả màu hồng, vàng hoặc xanh ngọc. Tuy nhiên, hydro xanh là loại duy nhất được sản xuất theo cách trung hòa với khí hậu, khiến nó trở nên quan trọng để đạt mức không ròng vào năm 2050.

 Chúng tôi đã yêu cầu Tiến sĩ Emanuele Taibi, Trưởng bộ phận Chiến lược Chuyển đổi Ngành Điện, Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA) giải thích hydro xanh là gì và nó có thể mở đường cho việc phát thải bằng không. Ông hiện đang làm việc tại Trung tâm Công nghệ và Đổi mới IRENA ở Bonn, Đức, nơi ông chịu trách nhiệm hỗ trợ các Quốc gia Thành viên đưa ra các chiến lược chuyển đổi ngành điện và hiện đang quản lý công việc về tính linh hoạt của hệ thống điện, hydro và lưu trữ là chìa khóa. hỗ trợ cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Tiến sĩ Taibi cũng là người đồng quản lý nền tảng Tình báo chiến lược của Diễn đàn Kinh tế Thế giới, nơi nhóm của ông đã phát triển bản đồ chuyển đổi trên Hydrogen.

 Công Nghệ Hydro Xanh

Đó là trong luận văn Thạc sĩ của tôi. Tôi đã thực tập tại Cơ quan Năng lượng và Môi trường Quốc gia Ý (ENEA), nơi tôi học về phát triển bền vững và năng lượng, cũng như mối quan hệ giữa hai yếu tố này. Tôi đã viết luận văn về kỹ thuật quản lý về nó và quyết định đây là lĩnh vực mà tôi muốn tập trung vào cuộc sống làm việc của mình. Với gần 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực năng lượng và hợp tác quốc tế, là Tiến sĩ về Công nghệ Năng lượng và dành thời gian làm việc trong khu vực tư nhân, các cơ quan nghiên cứu và liên chính phủ, tôi hiện đang lãnh đạo nhóm chuyển đổi ngành điện tại IRENA từ năm 2017.

 Công việc của tôi tại IRENA là đóng góp, cùng với nhóm của mình và hợp tác chặt chẽ với các đồng nghiệp trong toàn cơ quan và các đối tác bên ngoài như Diễn đàn Kinh tế Thế giới, trong việc hỗ trợ 166 Quốc gia Thành viên của chúng tôi trong quá trình chuyển đổi năng lượng, tập trung vào cung cấp điện tái tạo và sử dụng để khử cacbon trong lĩnh vực năng lượng thông qua các điện tử màu xanh lá cây cũng như các phân tử màu xanh lá cây như hydro và các dẫn xuất của nó.

 Hydro xanh là gì? Nó khác với hydro 'xám' và hydro xanh truyền thống nhiều khí thải như thế nào?

Hiđro là nguyên tố đơn giản nhất và nhỏ nhất trong bảng tuần hoàn. Bất kể nó được sản xuất như thế nào, nó đều có cùng một phân tử không có carbon. Tuy nhiên, các con đường tạo ra nó rất đa dạng, và việc phát thải các khí nhà kính như carbon dioxide (CO2) và methane (CH4) cũng vậy.

 Hydro xanh được định nghĩa là hydro được sản xuất bằng cách tách nước thành hydro và oxy bằng cách sử dụng điện tái tạo. Đây là một con đường rất khác so với cả hai màu xám và xanh lam.

 Hydro xám theo truyền thống được sản xuất từ ​​metan (CH4), tách với hơi nước thành CO2 - thủ phạm chính gây ra biến đổi khí hậu - và H2, hydro. Hydro xám ngày càng được sản xuất từ ​​than đá, với lượng khí thải CO2 cao hơn đáng kể trên một đơn vị hydro được tạo ra, đến mức thường được gọi là hydro nâu hoặc đen thay vì xám. Nó được sản xuất ở quy mô công nghiệp ngày nay, với lượng khí thải tương đương với lượng khí thải kết hợp của Vương quốc Anh và Indonesia. Nó không có giá trị chuyển tiếp năng lượng, hoàn toàn ngược lại.

 Hydro màu xanh lam tuân theo quy trình tương tự như màu xám, với các công nghệ bổ sung cần thiết để thu CO2 được tạo ra khi hydro được tách ra từ mêtan (hoặc từ than đá) và lưu trữ lâu dài. Nó không phải là một màu mà là một sự phân cấp rất rộng, vì không phải 100% CO2 được tạo ra có thể được thu giữ và không phải tất cả các phương tiện lưu trữ nó đều có hiệu quả như nhau trong thời gian dài. Điểm chính là thu giữ một phần lớn CO2, tác động khí hậu của quá trình sản xuất hydro có thể được giảm thiểu đáng kể.

 Không giống như năng lượng tái tạo, là nguồn điện rẻ nhất ở hầu hết các quốc gia và khu vực hiện nay, quá trình điện phân để sản xuất hydro xanh cần phải mở rộng quy mô đáng kể và giảm chi phí ít nhất ba lần trong một hoặc hai thập kỷ tới. Tuy nhiên, không giống như CCS và nhiệt phân mêtan, điện phân có sẵn trên thị trường ngày nay và có thể được mua từnhiều nhà cung cấp quốc tế ngay bây giờ.

 Giải Pháp Năng Lượng Hydro Xanh

 Hydro xanh là một phần quan trọng của quá trình chuyển đổi năng lượng. Đó không phải là bước tiếp theo ngay lập tức, vì trước tiên chúng ta cần đẩy nhanh hơn nữa việc triển khai điện tái tạo để khử cacbon trong các hệ thống điện hiện có, đẩy nhanh điện khí hóa ngành năng lượng để tận dụng điện tái tạo chi phí thấp, trước khi cuối cùng khử cacbon cho các lĩnh vực khó điện khí - như công nghiệp nặng, vận tải biển và hàng không - thông qua hydro xanh.

 Điều quan trọng cần lưu ý là ngày nay chúng ta sản xuất một lượng đáng kể hydro xám, với lượng khí thải CO2 (và mêtan) cao: ưu tiên sẽ là bắt đầu khử cacbon theo nhu cầu hydro hiện có, ví dụ bằng cách thay thế amoniac từ khí tự nhiên bằng amoniac xanh.

 Các nghiên cứu gần đây đã gây ra một cuộc tranh luận về khái niệm hydro xanh lam như một loại nhiên liệu chuyển tiếp cho đến khi hydro xanh trở nên cạnh tranh về chi phí. Làm thế nào để hydro xanh trở nên cạnh tranh về giá so với hydro xanh? Những loại đầu tư chiến lược nào cần thực hiện trong quá trình phát triển công nghệ?

 Bước đầu tiên là cung cấp tín hiệu cho hydro màu xanh lam thay thế màu xám, vì không có giá phát thải CO2, không có trường hợp kinh doanh nào cho các công ty đầu tư vào hệ thống thu giữ carbon (CCS) phức tạp và tốn kém và các kho lưu trữ CO2 địa chất. Một khi khuôn khổ là hydro carbon thấp (xanh lam, xanh lá cây, xanh ngọc) cạnh tranh với hydro xám, thì câu hỏi đặt ra là: chúng ta có nên đầu tư vào CCS nếu rủi ro là có tài sản bị mắc kẹt và bao lâu nữa màu xanh lá cây sẽ trở nên rẻ hơn màu xanh da trời.

 Câu trả lời tất nhiên sẽ khác nhau tùy theo khu vực. Trong một thế giới không thuần, một mục tiêu mà ngày càng nhiều quốc gia cam kết, lượng khí thải còn lại từ hydro xanh sẽ phải được bù đắp bằng lượng khí thải âm. Điều này sẽ phải trả giá. Song song đó, giá khí gần đây rất biến động, khiến giá hydro xanh có mối tương quan cao với giá khí, và không chỉ dẫn đến sự không chắc chắn về giá CO2 mà còn dẫn đến sự biến động giá khí tự nhiên.

 Tuy nhiên, đối với hydro xanh, chúng ta có thể chứng kiến ​​một câu chuyện tương tự như câu chuyện của PV năng lượng mặt trời. Nó thâm dụng vốn, do đó chúng ta cần giảm chi phí đầu tư cũng như chi phí đầu tư, thông qua việc mở rộng quy mô sản xuất các công nghệ tái tạo và chất điện phân, đồng thời tạo ra rủi ro hấp thụ thấp để giảm chi phí vốn cho các khoản đầu tư hydro xanh. Điều này sẽ dẫn đến giá hydro xanh ổn định, giảm xuống, trái ngược với giá hydro xanh dễ bay hơi và có khả năng tăng.

 Ngày nay, công nghệ năng lượng tái tạo đã đạt đến mức độ trưởng thành cho phép sản xuất điện tái tạo có tính cạnh tranh trên toàn thế giới, một điều kiện tiên quyết để sản xuất hydro xanh có tính cạnh tranh. Mặc dù vậy, các máy điện phân vẫn được triển khai ở quy mô rất nhỏ, cần phải mở rộng quy mô lên ba bậc trong ba thập kỷ tới để giảm chi phí xuống gấp ba lần.

 Ngày nay, đường ống cho các dự án hydro xanh đang được triển khai để giảm một nửa chi phí máy điện phân trước năm 2030. Điều này, kết hợp với các dự án lớn ở nơi có nguồn tài nguyên tái tạo tốt nhất, có thể dẫn đến hydro xanh cạnh tranh có sẵn trên quy mô lớn trong thời gian tới {{1 }} năm. Điều này không để lại nhiều thời gian cho hydro xanh - vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm ngày nay - mở rộng quy mô từ quy mô thí điểm sang quy mô thương mại, triển khai các dự án phức tạp (ví dụ: lưu trữ CO2 địa chất dài hạn) ở quy mô thương mại và chi phí cạnh tranh, và thu hồi các khoản đầu tư đã thực hiện trong 10-15 năm tới.

 Một số chính phủ hiện đã đưa công nghệ nhiên liệu hydro vào chiến lược quốc gia của họ. Trước nhu cầu ngày càng tăng để chuyển đổi theo hướng khử cacbon của nền kinh tế và tạo điều kiện cho các công nghệ có tỷ lệ thu giữ cacbon cao hơn, lời khuyên của bạn dành cho các nhà hoạch định chính sách và người ra quyết định đang đánh giá ưu và nhược điểm của hydro xanh là gì?

Chúng ta sẽ cần hydro xanh để đạt được mức phát thải ròng bằng không, đặc biệt là cho ngành công nghiệp, vận tải biển và hàng không. Tuy nhiên, điều chúng tôi cần gấp nhất là:

1) hiệu quả năng lượng;

2) điện khí hóa;

3) thúc đẩy tăng trưởng sản xuất điện tái tạo.

Một khi đạt được điều này, chúng ta chỉ còn lại ca. 40% nhu cầu được khử cacbon, và đây là lúc chúng ta cần hydro xanh, năng lượng sinh học hiện đại và sử dụng trực tiếp năng lượng tái tạo. Một khi chúng tôi tiếp tục mở rộng quy mô năng lượng tái tạo sang điện khử cacbon, chúng tôi sẽ có vị trí để mở rộng hơn nữa công suất điện tái tạo để sản xuất hydro xanh và khử cacbon cạnh tranh với chi phí tối thiểu.

 Chúng tôi nhìn thấy cơ hội để hấp thụ nhanh hydro xanh trong thập kỷ tới khi nhu cầu hydro đã tồn tại: khử cacbon amoniac, sắt và các mặt hàng hiện có khác. Nhiều quy trình công nghiệp sử dụng hydro có thể thay thế màu xám bằng màu xanh lá cây hoặc xanh lam, miễn là CO2 được định giá thích hợp hoặc các cơ chế khác để khử cacbon trong các lĩnh vực đó được đưa ra.

 Đối với vận chuyển và hàng không, tình hình hơi khác một chút. Nhiên liệu thả vào, dựa trên hydro xanh nhưng về cơ bản giống với nhiên liệu máy bay phản lực và metanol sản xuất từ ​​dầu, có thể được sử dụng trong các máy bay và tàu hiện có, với mức điều chỉnh tối thiểu hoặc không cần điều chỉnh. Tuy nhiên, những nhiên liệu đó có chứa CO2, phải được thu hồi từ một nơi nào đó và thêm vào hydro, để được giải phóng trở lại trong quá trình đốt cháy: điều này làm giảm nhưng không giải quyết được vấn đề phát thải CO2. Nhiên liệu tổng hợp có thể được triển khai trước năm 2030, nếu các biện pháp khuyến khích phù hợp được đưa ra để biện minh cho chi phí bổ sung của việc giảm (không bị loại bỏ) phát thải.

 Trong những năm tới, tàu có thể chuyển sang amoniac xanh, một loại nhiên liệu được sản xuất từ ​​hydro và nitơ xanh từ không khí, không chứa CO2, nhưng sẽ cần đầu tư để thay thế động cơ và bình chứa, và amoniac xanh hiện đắt hơn nhiều so với dầu nhiên liệu.

 Máy bay hydro (hoặc amoniac) ngày càng xa vời và về cơ bản đây sẽ là những chiếc máy bay mới phải được thiết kế, chế tạo và bán cho các hãng hàng không để thay thế các máy bay chạy bằng nhiên liệu phản lực hiện có - rõ ràng là không khả thi vào năm 2030: theo nghĩa này, máy bay phản lực màu xanh lá cây nhiên liệu - được sản xuất bằng sự kết hợp của hydro xanh và năng lượng sinh học bền vững - là một giải pháp có thể được triển khai trong thời gian tới.

 Tóm lại, các hành động chính để đẩy nhanh quá trình khử cacbon từ nay đến năm 2030 là 1) hiệu quả năng lượng 2) điện khí hóa với năng lượng tái tạo 3) tăng tốc nhanh chóng sản xuất điện tái tạo (sẽ tiếp tục giảm chi phí điện tái tạo vốn đã thấp) 4) mở rộng quy mô bền vững , năng lượng sinh học hiện đại, cần thiết - trong số những năng lượng khác - để sản xuất nhiên liệu xanh đòi hỏi quá trình khử cacbon bằng CO 2 5) của hydro xám với hydro xanh, điều này sẽ làm tăng quy mô và giảm chi phí điện phân, làm cho hydro xanh có tính cạnh tranh và sẵn sàng cho một mở rộng quy mô vào những năm 2030, hướng tới mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2050.

 Diễn đàn Kinh tế Thế giới là một tổ chức ủng hộ lâu dài của chương trình nghị sự về hydro sạch kể từ năm 2017, đã giúp - kết hợp giữa việc thành lập Hội đồng Hydrogen, thành lập Thách thức đổi mới hydro hợp tác với Mission Innovation, và việc tạo ra, cùng với Ủy ban Chuyển tiếp Năng lượng, thuộc Sứ mệnh Nền tảng có thể giúp chuyển đổi các lĩnh vực khó giảm phát thải sang không phát thải ròng vào năm 2050. Đọc thêm về Sáng kiến ​​Tăng tốc Hydrogen Sạch tại đây.

Nguồn: weforum.org