Hiệu quả năng lượng và con đường tiến tới Net Zero phát thải

Kết quả triển khai chương trình Net Zero năm 2022 trên thế giới và Việt Nam Đến nay, con đường tiến đến đích Net Zero (trung hòa carbon) của nhân loại đã được triển khai nhiều năm. Nhân kết thúc năm 2022, Tạp chí Năng lượng Việt Nam cập nhật kết quả, mục tiêu, cũng như việc triển khai chương trình này trong năm vừa qua ở một số khu vực trên thế giới và Việt Nam.

Chuyển đổi năng lượng điện trong thập kỷ này sẽ quyết định mục tiêu Net Zero “Điện than tăng đột biến, nhưng năng lượng tái tạo đã mang lại nhiều hy vọng” - Đó là dự báo mới vừa được hãng tư vấn Mỹ Bloomberg NEF cập nhật trong báo cáo mang tên: Power Transition Trends (Xu hướng chuyển đổi năng lượng điện) vừa công bố. Tổng hợp của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Vì sao năng lượng tái tạo chỉ đảm bảo một nửa mục tiêu Net Zero? Xu thế thế giới hiện nay là chuyển đổi năng lượng để dẫn đến trung hòa carbon (Net Zero CO2), nhưng theo các chuyên gia năng lượng, cho dù năng lượng tái tạo đang rất sôi động, nhưng nó vẫn chỉ trả lời được một vế của vấn đề, nếu không hiện đại hóa mạng lưới điện. Để trả lời cho câu hỏi: Vì sao năng lượng tái tạo chỉ là một nửa của giải pháp Net Zero? Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam có bài viết tổng hợp, bình luận dưới đây.

Hiệu quả năng lượng (Energy Efficiency):

Theo tính toán của các chuyên gia, sau năm 2035, cường độ năng lượng giảm mạnh hơn so với tăng trưởng dân số và GDP bình quân đầu người. Do đó, tăng trưởng nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp toàn cầu trở nên chững lại và cung cấp năng lượng sơ cấp đạt đỉnh vào giữa những năm 2030.

Sau 2035, cường độ năng lượng sẽ giảm mạnh hơn tăng trưởng GDP và dân số trên đầu người. Đến năm 2042, GDP toàn cầu tăng gấp đôi (107%) và tiêu thụ năng lượng sơ cấp tăng 8%, còn cường độ năng lượng sẽ giảm một nửa từ 4,3 MJ (Megajoule)/USD xuống 2,1 MJ/USD.

Vào những năm 2040, các cải thiện cường độ năng lượng sẽ giảm dần phần nào bởi vì có ít cơ hội hơn để đạt hiệu quả cao hơn trong sản xuất điện và sử dụng năng lượng cuối cùng. Điện khí hóa nhanh chóng được cung cấp bởi năng lượng tái tạo, là động lực cốt lõi tăng tốc hiệu quả năng lượng trong ba thập kỷ tới. Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện chạy than và dầu điển hình là khoảng 30 đến 40% và lên đến 60% đối với các nhà máy chu trình hỗn hợp sử dụng khí.

Đối với điện mặt trời và gió, nếu coi hiệu quả là 100% và tổn thất chuyển đổi như một tỷ lệ phần trăm của năng lượng đầu vào trong sản xuất điện thì tổn thất này sẽ giảm từ 51% vào năm 2019 xuống còn 19% vào năm 2050.

Hầu hết hiệu quả sử dụng cuối cùng cũng được liên kết với điện khí hóa, ví dụ như xe điện (EVs) sẽ hiệu quả gấp ba đến bốn lần phương tiện vận chuyển với động cơ đốt trong (ICEVs [1]. Ở đây cũng tính đến các công nghệ cải tiến như thủy động lực học, hoặc cách nhiệt thân tàu dẫn đến hiệu suất động cơ tốt hơn. Tuy nhiên, có thể thấy rằng, sẽ không đạt được hiệu quả như dự kiến và nhu cầu năng lượng ​​trong giao thông vận tải, trong các tòa nhà, cũng như trong sản xuất sẽ là 65%, cao hơn dự báo cho năm 2050. Có tiềm năng để tăng tốc hiệu quả vượt ra ngoài dự báo, nhưng điều đó đòi hỏi chính phủ các nước hành phải động theo yêu cầu linh hoạt hơn và có sự hợp tác liên ngành.

Con đường tiến tới Net Zero phát thải (Pathway to Net-Zero Emission - PNZ):

Trong khi phần lớn (khoảng 65%) sự nóng lên toàn cầu có liên quan đến CO2, các khí nhà kính khác như khí mê-tan cũng cần được kiểm soát. Điều này liên quan đến thay đổi trong nông nghiệp, hoặc sử dụng các bình xịt. Việc lựa chọn sử dụng các kịch bản của Ban liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) [3] phù hợp với lượng phát thải khí nhà kính phi CO2 'rất thấp' và 'thấp' được ước tính trong PNZ. Tuy nhiên, trọng tâm ở đây là phát thải CO2 liên quan đến sử dụng năng lượng.

Đạt đến được PNZ là yêu cầu của cả giảm tốc nguồn phát thải (than đá, dầu khí) và gia tốc của các công nghệ phát thải thấp, hoặc không phát thải. Ngoài ra, việc mở rộng quy mô rất lớn của cả hai công nghệ là thu hồi và lưu trữ carbon (CCS) [4], thu giữ không khí trực tiếp (DAC) [5] và các giải pháp dựa trên tự nhiên sẽ là cần thiết để loại bỏ lượng khí thải vượt quá được tích lũy trước đó. Từ năm 2050, phải loại bỏ tối đa 7 GtCO2 mỗi năm cho đến năm 2100.

Sự hỗ trợ sâu sắc của các giải pháp đưa ra như tiêu chuẩn, nhiệm vụ, lệnh cấm và phát triển kinh tế là không thể tránh khỏi để thúc đẩy sự thay đổi cấu trúc cần thiết. Các chính sách phải nhấn mạnh hành động ngắn hạn đối với các sự tùy chọn để khử cacbon và yêu cầu về hợp tác, tài trợ giữa các khu vực ở mức độ cao hơn nhiều.

Các khu vực GDP cao phải di chuyển với tốc độ nhanh hơn để đạt được mục tiêu Hiệp định Paris, phù hợp với nguyên tắc của Liên hợp quốc theo Hiệp định khung về Biến đổi Khí hậu (UNFCCC) [6]. Nói chung, việc đạt được PNZ phụ thuộc rất nhiều vào giá carbon. Đến năm 2050, tùy thuộc vào khu vực, giá carbon nằm trong khoảng 50 - 250 USD/tCO2. Giá carbon tại các khu vực hàng đầu sẽ kéo theo giá carbon ở tất cả các khu vực khác.

Tăng trưởng dân số và tăng trưởng kinh tế là hai động lực nền tảng của nhu cầu năng lượng không thể giản lược để đạt được mức giảm nhu cầu năng lượng khoảng 9% vào năm 2050. Sự thay đổi lớn nhất xảy ra trong giao thông vận tải là điện khí hóa vận tải đường bộ được đẩy nhanh dẫn đến giảm nhanh chóng của các nguồn hóa thạch và sử dụng dầu thấp hơn 66% so với dự báo, để đạt PNZ vào năm 2050.

Trong ngành hàng không, sự tăng trưởng nhanh hơn và sự hấp thụ sâu hơn của nhiên liệu khử cacbon làm tăng chi phí của các chuyến bay, dẫn đến số chuyến bay sẽ ít hơn - 7,7 tỷ so với 10,2 tỷ mỗi năm vào năm 2050.

Một điều đáng chú ý nữa là sự thay đổi làm giảm nhu cầu xảy ra trong tiểu ngành xi măng - nơi sẽ đẩy mạnh hướng tới xi măng carbon thấp đắt giá và tốn kém ngay cả với sự hỗ trợ của các chính phủ.

Để đạt phát thải ròng bằng 0 vào 2050, cung cấp điện nối lưới sẽ tăng lên gấp ba lần so với năm 2020 với 78 PWh/năm vào năm 2050. Việc loại bỏ than được thi hành ở tất cả các khu vực, nhưng không đồng thời. Nhu cầu gia tăng được cung cấp chủ yếu nhờ năng lượng mặt trời và gió. Hai nguồn này sẽ chiếm 74% trong tổng số nguồn cấp vào năm 2050.

Tổng cộng sản lượng các nguồn không hóa thạch (năng lượng tái tạo và hạt nhân) chiếm 90% sản lượng điện phát ra, lượng điện còn lại được cung cấp bởi các nhà máy điện chạy bằng khí đốt, mà hầu hết chúng đều được lắp đặt CCS. Ngay cả trong điều kiện hạn chế phát thải ròng bằng 0, nhiệt điện sử dụng khí đốt tự nhiên vẫn còn có sức mạnh để tồn tại. Điện hạt nhân vẫn tồn tại ở mức như hiện nay và giữ vai trò cung cấp điện cho đến giữa thế kỷ.

Hydrogen là một phần không thể thiếu của chiến lược PNZ đang được nhiều quốc gia phát triển và đang cần thiết khẩn cấp cho quá trình khử cacbon tại các lĩnh vực khó xử lí. Theo đó, để đạt PNZ vào 2050, nguồn hydrogen và các dẫn xuất của nó sẽ cung cấp 14% nhu cầu năng lượng, cung cấp chủ yếu đối với các khoản khó giảm giá thuộc các lĩnh vực như nhiệt công nghiệp chiếm hơn 30%, vận tải nặng đường bộ 16%, hàng không 12% và hàng hải 15%. Vào năm 2050, 80% hydrogen sẽ được xanh hóa - 46% từ công suất chuyên dụng không nối lưới, dẫn đầu là gió ngoài khơi và 34% điện phân dựa trên lưới điện.

Nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp sẽ giảm dần xuống còn khoảng 95% mức hiện tại vào năm 2050. Cơ cấu năng lượng sẽ thay đổi đáng kể: Năng lượng hóa thạch sẽ giảm trung bình 2% mỗi năm và giảm từ 79% thị phần hiện nay xuống còn 23% vào năm 2050. Tuy nhiên, 1% của 23% là đáng kể, và nó sẽ đi kèm với việc thu hồi carbon cho hầu hết các nguồn phát thải chính để đạt được mức phát thải ròng bằng 0. Về cơ bản đối với PNZ là sự gia tăng mạnh mẽ của năng lượng tái tạo, với năng lượng mặt trời (31%) và gió (20%), năng lượng sinh học và thủy điện cũng tăng trưởng mạnh.

Các công nghệ liên quan đến CCS và DAC là không thể tránh khỏi trong quá trình giảm phần lớn lượng phát thải do đốt lượng nhiên liệu hóa thạch còn lại. Nó sẽ đạt mức chi tiêu hàng năm là 23 tỷ USD vào năm 2030 và 270 tỷ USD vào năm 2050. Mặc dù DAC kém hiệu quả hơn CCS (CCS sẽ thu được lượng CO2 gấp 3,7 lần DAC), DAC vẫn sẽ chiếm mức chi tiêu hàng năm cao hơn, đạt 750 tỷ USD vào năm 2050. Và chi tiêu cho cả CCS và DAC sẽ chiếm 0,3% GDP toàn cầu vào năm 2050./.

TS. NGUYỄN MẠNH HIẾN - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Ghi chú:

[1]. ICEV: Phương tiện giao thông với động cơ đốt trong (Internal Combusion Engine Vihicle)

[2]. PNZ: Con đường tới phát thải ròng bằng 0. (Pathway to Net-Zero)

[3]. IPCC: Ban liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change)

[4]. CCS: Thu giữ Carbon (Carbon Capture and Storage

[5]. DAC: Thu không khí trực tiếp (Direct Air Capture)

[6]. UNFCCC: Hiệp định khung Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu (United Frame-work Convention on Climate Change).