Hydrogen - Ứng viên sáng giá cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch

‘Hydrogen xanh’ cần có tên trong ‘chiến lược quốc gia’ của Việt Nam Quá trình chuyển đổi năng lượng không phải là điều gì đó đang chờ đợi chúng ta trong thập kỷ tới. Ngược lại, đó là một quá trình mà chúng ta đã có nhiều nghiên cứu rất sâu và nó đang diễn ra. Mục tiêu hướng tới là tạo ra một xã hội trung tính với các-bon bằng việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, do tính chất không liên tục của nguồn tái tạo, việc lưu trữ năng lượng có một vai trò thiết yếu trong quá trình chuyển đổi này. Công nghệ hydrogen với nhiều tiến bộ của nó đã được công nhận là sự lựa chọn hứa hẹn nhất. Chuyên gia của Tạp chí Năng lượng Việt Nam xin chia sẻ một số thông tin về vấn đề này để bạn đọc cùng tham khảo.

Ngành công nghiệp sẽ đạt trị giá 1 nghìn tỷ USD/năm:

Trang tin Oilprice (OPC) Anh số ra đầu tháng 3-2022 cập nhật các báo cáo mới cho thấy: Thị trường hydro có thể trị giá tới 1 nghìn tỷ USD mỗi năm vào năm 2050 khi nó trở thành nguồn năng lượng quan trọng cho quá trình chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang các lựa chọn thay thế xanh. Với số lượng lớn hơn các công ty năng lượng và chính phủ đầu tư vào các dự án hydro, nó có thể tạo ra một phần quan trọng của hỗn hợp năng lượng trong thời gian tới.

Hydro được kỳ vọng sẽ có giá trị lớn trong tương lai nếu các xu hướng đầu tư vào nguồn năng lượng nay tiếp tục tăng trưởng. Một số quốc gia trên thế giới đang sản xuất hydro, nhưng hình thức sản xuất lại khác nhau đáng kể. Nhiều công ty dầu khí sản xuất hydro màu xám hoặc xanh lam, biến carbon thải từ nhiên liệu hóa thạch thành hydro, vốn vẫn phụ thuộc vào hoạt động khí đốt. Nhưng hiện nay, sau hai năm đại dịch và hội nghị thượng đỉnh về khí hậu COP26, một số quốc gia đang tìm cách đầu tư vào hydro xanh, tạo ra nguồn năng lượng sử dụng điện phân nước.

Michele DellaVigna, người đứng đầu Phân ban kinh doanh cổ phần hàng hóa cho khu vực EMEA tại Goldman Sachs, giải thích: “Nếu muốn đạt Net Zero, chúng ta không chỉ dựa vào năng lượng tái tạo mà cần một thứ có vai trò quan trọng hơn giống như khí tự nhiên hiện nay, đặc biệt là để quản lý tính thời vụ và khả năng gián đoạn, và đó là hydro. Công năng của hydro rất lớn, có thể sử dụng nó cho giao thông hạng nặng, sưởi ấm và cho nhiều ngành công nghiệp nặng khác nhau.

Để đạt mục tiêu ước tính 1 nghìn tỷ USD mỗi năm, hydro sẽ phải chiếm khoảng 15% thị trường năng lượng toàn cầu. Với việc các công ty dầu mỏ coi hydro là một cách để giảm lượng khí thải carbon của họ bằng cách sử dụng công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) nhằm biến chất thải carbon thành năng lượng có thể sử dụng, sản xuất hydro có khả năng sẽ tăng đáng kể trong thập kỷ tới. Điều này sẽ được hỗ trợ nhiều hơn bởi đầu tư từ chính phủ và công ty năng lượng, vốn đang phát triển trên khắp châu Âu và châu Á.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã dự đoán sự tăng trưởng của thị trường hydro từ lâu trong báo cáo mang tên Future of Hydrogen đưa ra năm 2019. Nhu cầu hydro đã tăng gấp ba lần kể từ năm 1975, với 6% khí tự nhiên và 2% than của thế giới được dùng cho sản xuất hydro năm 2019 mặc dù nó bị chỉ trích làm tăng phát thải carbon cao.

Từ dự báo đến các dự án đang được triển khai:

Do nhu cầu năng lượng sạch tăng nên chỉ dựa và nguồn tái tạo thôi không đủ, mà thế giới phải tìm từ các nguồn khác, trong đó có hydro. Và giờ đây, không chỉ các nước châu Âu và Trung Đông đang phát triển nền kinh tế hydro mà Namibia còn có kế hoạch lớn cho một nhà máy hydro xanh mới. Với chi phí ước tính 18 triệu USD, nhà máy hydro sẽ được đặt ở vùng Erongo, bắt đầu khởi công ngay trong năm nay và sẽ đi vào hoạt động vào năm 2023.

Dự án sẽ được thực hiện dưới hình thức liên doanh giữa Ohlthaver & List (O&L) Group và CMB.TECH. “Mặc dù việc chuyển đổi ra khỏi nhiên liệu hóa thạch có thể phải mất thời gian và bằng nhiều cách, nhưng hydro xanh là một trong những thể hiện tiềm năng to lớn trong việc đưa chúng ta đến đích. Namibia là địa điểm hoàn hảo cho một dự án hydro xanh nhờ vào các hoạt động năng lượng mặt trời, gió hoặc thủy điện hiện có” - Chủ tịch điều hành của O&L, Sven Thieme, giải thích với báo chí.

Ấn Độ là một quốc gia khác đang tìm cách tăng sản lượng hydro bằng cách đưa ra các chính sách mới để chào đón hydro vào hỗn hợp năng lượng. Chính sách Hydrogen Xanh mới của chính phủ đáp ứng Sứ mệnh Hydrogen Quốc gia của Ấn Độ, nhằm mục đích thiết lập quốc gia này như một trung tâm hydro xanh và giảm lượng khí thải carbon thải ra. Ấn Độ đặt mục tiêu sản xuất 5 triệu tấn hydro xanh mỗi năm vào năm 2030. Chính sách mới cho phép các nhà sản xuất hydro xanh tiếp cận năng lượng tái tạo hoặc thiết lập các dự án của riêng họ dễ dàng hơn, miễn một số khoản phí liên quan và tạo điều kiện thuận lợi cho các quy trình cấp phép liên quan.

Cùng với Ấn Độ, Nhật Bản hiện đang thử nghiệm tàu hỏa hydro đầu tiên của mình, đưa nguồn năng lượng vào hoạt động. Vào tháng 2, công ty xe lửa JR East đã ra mắt chuyến tàu hybrid đầu tiên chạy bằng năng lượng hydro, một phương tiện giao thông không khí thải do Hitachi và Toyota phát triển với chi phí 34,8 triệu USD. Giai đoạn thử nghiệm đầu tiên sẽ được tiến hành vào đầu vào tháng 3, với tiến độ sẽ đưa vào hoạt động thương mại vào năm 2030. Tàu hỏa Hybari, chạy bằng pin và pin nhiên liệu hydro, với các bồn chứa cung cấp hydro cho pin nhiên liệu và điện được tạo ra thông qua phản ứng hóa học với oxy trong không khí. Năng lượng được pin dự trữ mỗi khi tàu phanh.

Sự kết hợp của các nguồn năng lượng cho phép đoàn tàu đạt được phạm vi hoạt động lớn hơn so với việc nó chỉ chạy bằng pin. Dự kiến, Hybari ​​sẽ đạt tốc độ tối đa 100 km/h và phạm vi 140 km chỉ với một lần nạp đầy hydro cao áp. Tuy nhiên, chi phí của một đoàn tàu chạy bằng hydro có thể sẽ vẫn cao hơn so với các đoàn tàu chạy bằng nhiên liệu diesel truyền thống.

Hydro sẽ là năng lượng của tương lai, tạo thành một tỷ trọng lớn trong hỗn hợp năng lượng xanh của thập kỷ tới? Nhiều quốc gia và công ty năng lượng dường như đang đặt cược lớn vào hydro, cả loại có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch và xanh. Khi các dự án hydro xuất hiện trên nhiều quốc gia, có khả năng nguồn năng lượng ở đây sẽ ở dạng này hay dạng khác tùy vào công nghệ sản xuất.

Khái niệm cơ bản về nhiên liệu hydro:

Theo trang tin năng lượng Energy của chính phủ Mỹ, hydro là nhiên liệu sạch, khi được tiêu thụ trong pin nhiên liệu, chỉ tạo ra nước. Hydro có thể được sản xuất từ ​​nhiều nguồn tài nguyên, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên, điện hạt nhân, sinh khối và năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió. Những phẩm chất này làm cho nó trở thành một lựa chọn nhiên liệu hấp dẫn cho các ứng dụng vận tải và phát điện. Nó có thể được sử dụng trong ô tô, trong nhà, cho nguồn điện di động và trong nhiều ứng dụng khác. Hydro là chất mang năng lượng có thể được sử dụng để lưu trữ, di chuyển và cung cấp năng lượng được tạo ra từ các nguồn khác.

Ngày nay, nhiên liệu hydro có thể được sản xuất thông qua một số phương pháp. Các phương pháp phổ biến nhất là biến đổi khí tự nhiên (một quá trình nhiệt) và điện phân. Các phương pháp khác bao gồm các quá trình sinh học và sử dụng năng lượng mặt trời. Các quá trình nhiệt để sản xuất hydro thường liên quan đến quá trình cải tạo hơi nước, một quá trình nhiệt độ cao trong đó hơi nước phản ứng với nhiên liệu hydrocacbon để tạo ra hydro. Nhiều nhiên liệu hydrocacbon có thể được cải tiến để sản xuất hydro, bao gồm khí tự nhiên, dầu diesel, nhiên liệu lỏng tái tạo, than khí hóa hoặc sinh khối khí hóa. Ngày nay, khoảng 95% tổng lượng hydro được sản xuất từ ​​quá trình chuyển hóa hơi nước của khí tự nhiên.

Nước có thể được tách thành oxy và hydro thông qua một quá trình được gọi là điện phân. Các quá trình điện phân diễn ra trong một máy điện phân, hoạt động giống như một pin nhiên liệu ngược lại - thay vì sử dụng năng lượng của một phân tử hydro, giống như pin nhiên liệu, một máy điện phân tạo ra hydro từ các phân tử nước. Các quy trình sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng làm tác nhân để sản xuất hydro. Có một số quá trình sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm quang sinh học, quang điện hóa và nhiệt hóa năng lượng mặt trời. Các quá trình quang học sử dụng hoạt động quang hợp tự nhiên của vi khuẩn và tảo lục để sản xuất hydro. Quá trình quang điện hóa sử dụng chất bán dẫn chuyên dụng để tách nước thành hydro và oxy. Sản xuất hydro nhiệt hóa bằng năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời tập trung để thúc đẩy các phản ứng tách nước thường cùng với các loài khác như oxit kim loại.

Các quá trình sinh học sử dụng vi sinh vật như vi khuẩn và vi tảo và có thể tạo ra hydro thông qua các phản ứng sinh học. Trong quá trình chuyển hóa sinh khối bằng vi sinh, vi sinh phân hủy chất hữu cơ như sinh khối hoặc nước thải để tạo ra hydro, trong khi trong quá trình quang sinh, vi sinh sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng.

Dự án nhiên liệu hydro đầu tiên tại Việt Nam:

Ở Việt Nam, Tập đoàn năng lượng Enterprize Energy (Vương quốc Anh - Singapore) và các nhà đầu tư từ châu Âu đã đề xuất với Chính phủ Việt Nam lập dự án đầu tư Thăng Long Wind 2 (TLW2) sản xuất hydro từ điện phân nước biển phục vụ xuất khẩu tại khu vực dự án điện gió ngoài khơi Thăng Long (mũi Kê Gà, tỉnh Bình Thuận) với quy mô 2.000 MW, tổng mức đầu tư khoảng 5 tỷ đô la Mỹ, thời gian triển khai dự kiến từ 2022 đến 2030.

Đây là dự án sản xuất hydro từ điện phân nước biển đầu tiên của Việt Nam, mang tính đột phá, khai thác tối đa tiềm năng gió ngoài khơi, cũng như đặt nền móng cho phát triển nền kinh tế hydro xanh cho Việt Nam trong tương lai gần do nằm trong tuyến hàng hải giao thương quốc tế, khoảng cách ngắn đến các thị trường xuất khẩu tiềm năng như Nhật Bản, Hàn Quốc, Singapore. Ngoài ra, trong quá trình triển khai, TLW2 sẽ tận dụng triệt để năng lực, kinh nghiệm của các nhà thầu dầu khí trong nước như PTSC, Vietsovpetro để gia công chế tạo các công trình biển. Theo Enterprize Energy, hydro xanh được tạo ra thông qua quá trình điện phân nước, ở đó điện gió được sử dụng để tách nước thành hydro và oxy. Hydro tạo ra có thể được lưu trữ dưới dạng khí lỏng, thích hợp để sử dụng trong nhiều lĩnh vực và thuận tiện cho quá trình vận chuyển.

Trên tinh thần Nghị quyết 55-NQ/TW của Bộ Chính trị ngày 11/02/2020 về nghiên cứu, xây dựng và khuyến khích sử dụng năng lượng hydro phù hợp với xu hướng chung của thế giới, mới đây, tại Quyết định 1658/QĐ-TTg ngày 01/10/2021, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021 - 2030, tầm nhìn 2050, trong đó nêu rõ nhiệm vụ của Bộ Công Thương về nghiên cứu xây dựng cơ chế khuyến khích phát triển nhiên liệu khí hydro gắn với điện gió ngoài khơi.

Như vậy, đề xuất đầu tư dự án TLW2 tại ngoài khơi vùng biển tỉnh Bình Thuận là hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển kinh tế xanh, tăng trưởng xanh toàn cầu, góp phần nâng cao vị thế, uy tín của Việt Nam trên trường quốc tế.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: OILPRICE/ENERGY/DANGCONGSAN.VN - 2&3/2022)

Link tham khảo:

1/ https://oilprice.com/Alternative-Energy/Renewable-Energy/Hydrogen-On-Track-To-Become-A-1-Trillion-Per-Year-Industry.html

2/ https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-fuel-basics

3/ https://dangcongsan.vn/kinh-te/du-an-san-xuat-hydro-tu-dien-phan-nuoc-bien-dau-tien-cua-viet-nam-595301.html