Khí hydrogen sẽ thành “vua” nhiên liệu?

Nguồn cung cấp hydrogen toàn cầu cho ngành công nghiệp đã tăng gấp 3 lần kể từ năm 1975 và hiện ở mức khoảng 70 triệu tấn (Mt) mỗi năm ở dạng tinh khiết. Hydrogen cũng được tạo ra như một sản phẩm phụ, đặc biệt là trong sản xuất methanol, theo dữ liệu mới nhất từ IEA.

“Hydrogen hiện đang có được một động lực chưa từng có”, Fatih Birol - Giám đốc điều hành IEA - nói trong một tuyên bố. Động lực này không chỉ được thúc đẩy bởi chính phủ các nước, mà còn bởi những công ty trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm năng lượng, ôtô và công nghệ.

Số lượng dự án liên quan đến hydrogen trên thế giới đang tăng nhanh, theo báo cáo do Nhật Bản đặt hàng thực hiện trong nhóm G20. Tuy nhiên, để tiếp tục xu thế này, cần phải có biện pháp giảm giá hydrogen, IEA cho biết.

Hydrogen được sản xuất từ năng lượng xanh vẫn còn khá đắt đỏ. Tuy nhiên, chi phí sản xuất hydrogen có thể giảm 30% vào năm 2030, nhờ giá năng lượng tái tạo thấp hơn và thay đổi quy mô sản xuất hydrogen, IEA cho biết. Hiện tại, hydrogen gần như được sản xuất hoàn toàn từ khí đốt và than đá, dẫn đến phát thải 830 triệu tấn CO2 mỗi năm, tương đương với lượng phát thải hằng năm của Vương quốc Anh và Indonesia cộng lại. Theo IEA, sản xuất hydrogen toàn cầu chiếm gần 6% lượng tiêu thụ khí đốt tự nhiên và 2% than đá toàn cầu.

Một khó khăn khác: Sự phát triển cơ sở hạ tầng chậm đã kìm hãm việc áp dụng rộng rãi hydrogen vốn được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp hiện nay. Do đó, IEA khuyến nghị đẩy nhanh việc tạo ra cơ sở hạ tầng, như những gì thế giới đang làm với đường ống dẫn khí đốt tự nhiên. Hydrogen, tham gia vào quá trình tinh chế và sản xuất hóa chất, có thể giảm lượng khí thải carbon trong một số lĩnh vực, chủ yếu trong lĩnh vực vận tải, bao gồm cả vận chuyển đường dài, hóa học và luyện kim. Hydrogen được coi là công cụ chính để chuyển đổi năng lượng vì nó cho phép lưu trữ và sản xuất điện.

Tuy nhiên, danh tiếng của hydrogen trong lĩnh vực giao thông vận tải đã bị mờ nhạt bởi vụ nổ không thể giải thích được gần đây của một nhà ga ở Sandvika, gần Oslo, Na Uy. Vụ việc không gây tổn thương cho người, nhưng để đề phòng, tất cả các trạm hydrogen tạm thời đóng cửa ở Na Uy và Đan Mạch, khiến nhiều phương tiện giao thông sử dụng khí hydrogen ở hai quốc gia này phải đắp chiếu chờ đợi.

Các nhà sản xuất ôtô chạy hydrogen hàng đầu như Toyota và Hyundai cũng đã tạm thời ngừng giao xe cho các khánh hàng tại Na Uy.

Những đóng góp của hydrogen

Cơ quan Quản lý môi trường và năng lượng Pháp (Ademe) cho biết, hydrogen có những đóng góp lớn cho quá trình chuyển đổi năng lượng.

Hydrogen giúp tối ưu hóa các hệ thống năng lượng. Hiện nay, chủ yếu được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, hydrogen còn có thể được tạo ra bởi hiện tượng điện phân nước. Điều này sẽ bổ sung và hỗ trợ cho sự phát triển của các ngành điện tái tạo. Trước sự phát triển mạnh mẽ và liên tục của điện gió và mặt trời, các giải pháp lưu trữ điện với quy mô lớn dự kiến sẽ cho phép chính quyền các nước quản lý linh hoạt hơn sự cân bằng giữa cung và cầu về điện. Lượng thặng dư của điện tái tạo trên lưới điện có thể được sử dụng để sản xuất khí hydrogen bằng điện phân nước (Power to gas - biến điện thành khí, dòng điện phân hủy phân tử nước thành hydro và oxy).

Ngoài ra, hydrogen có thể được kết hợp với CO2 bằng quá trình methane hóa để tạo ra khí methane tổng hợp (với các tính chất tương tự như khí tự nhiên).

Vào thời điểm nhu cầu sử dụng điện cao, hydrogen có thể được sử dụng để sản xuất điện. Như thế, hydrogen đóng vai trò là “bộ chuyển đổi” giữa các hệ thống năng lượng với chi phí tổn thất trong mỗi lần chuyển đổi thấp.

Hydrogen là một giải pháp tự tiêu dùng. Ademe nhấn mạnh rằng, hydrogen có thể được sử dụng dưới dạng lưu trữ trong thời gian khá dài, hỗ trợ cho hệ thống pin lưu trữ ngắn hạn từ điện tái tạo. Theo Ademe, đây là triển vọng mới cho việc tự tiêu dùng ở quy mô của một tòa nhà, một hòn đảo hoặc một ngôi làng và thích hợp về mặt kinh tế trong các khu vực không được kết nối với lưới điện.

Trong vận chuyển, Ademe chỉ ra rằng, hydrogen vẫn còn là giải pháp tốn kém nên cần có sự hỗ trợ để đẩy nhanh sự phát triển. Các quy định của chính quyền là động lực chính cho sự phát triển của các phương tiện sử dụng hydrogen, đặc biệt đối với xe thương mại. Việc triển khai phương tiện hydrogen cho các cá nhân đòi hỏi cần có đầu tư lớn cho một mạng lưới đắt đỏ gồm hàng trăm trạm tiếp nhiên liệu trên toàn lãnh thổ.

Cuối cùng, hydrogen là một tác nhân giúp ngành công nghiệp giảm phát thải. Trong ngành công nghiệp, hơn

900.000 tấn hydrogen mỗi năm được tiêu thụ ở Pháp, đặc biệt cho mục đích khử lưu huỳnh nhiên liệu dầu mỏ và sản xuất amoniac cho phân bón (hydrogen được sử dụng ở đây làm đầu vào hóa học chứ không phải như một năng lượng). Việc sử dụng hydrogen trong công nghiệp đã thải ra gần 10 triệu tấn CO2 tương đương mỗi năm, tương đương 7,5% lượng khí thải nhà kính của ngành công nghiệp Pháp.

Do đó, Ademe kêu gọi cần cải tiến các quá trình biến đổi điện phân và sinh khối để giảm bớt lượng phát thải khí nhà kính từ việc sử dụng hydrogen trong công nghiệp.

Để hydrogen có thể đóng góp nhiều hơn cho quá trình chuyển đổi năng lượng, theo Ademe, cần phải tập trung các nỗ lực để kiểm soát nhu cầu và cải thiện hiệu quả năng lượng của loại khí này.

Trung Quốc đặt cược vào xe hydrogen

Mặc dù đã dẫn đầu thế giới về lượng ôtô điện, Trung Quốc vẫn muốn phát triển nhanh các loại xe sử dụng khí hydrogen.

Giữa tháng 3-2019, Trung Quốc đã lần đầu tiên đưa mục tiêu thúc đẩy việc xây dựng các trạm nhiên liệu hydrogen vào chương trình hành động quốc gia. Hiện có khoảng 15 trạm tiếp hyrogen ở Trung Quốc.

Chính phủ Trung Quốc đang nhắm tới mục tiêu 5.000 xe hydrogen chạy trên đường vào năm 2020, 50.000 xe vào năm 2025 và 1 triệu xe vào năm 2030.

Hydrogen là bước hợp lý tiếp theo để giảm khí thải ô nhiễm, giải quyết một số khó khăn của xe điện, như tuổi thọ pin và thời gian sạc, đồng thời giảm mức tiêu thụ điện, các nhà phân tích của Fitch Solutions nhận định.

Các hãng sản xuất xe Trung Quốc đang đẩy mạnh công tác chuẩn bị, như SAIC (hiện đang khai thác xe buýt chạy hydrogen) và Great Wall Motors. Chuyên về dòng xe SUV, Great Wall Motors đang chuẩn bị cho ra mắt chiếc xe hydrogen đầu tiên vào năm 2020 và thương mại hóa vào năm 2023.

Theo ý kiến chung của các chuyên gia, Bắc Kinh có thể thúc đẩy phát triển hydrogen bằng các khoản trợ cấp hào phóng và các ưu đãi theo quy định, đây vốn là các phương pháp đã được sử dụng để tăng doanh số bán xe điện trước đây ở Trung Quốc.

Châu Âu cũng đầu tư vào ôtô chạy khí hydrogen. Đức đã đưa ra một chương trình xây dựng đến 400 trạm phân phối hydrogen vào năm 2023 và Pháp đã lập kế hoạch dùng 100 triệu euro để hỗ trợ cho toàn bộ ngành công nghiệp hydrogen.