Kỷ nguyên năng lượng hydro đã trở thành hiện thực

Trở ngại và các kịch bản thúc đẩy công nghiệp hydro xanh phát triển Mở rộng quy mô hydro xanh hiện đang phải đối mặt với những thách thức, nhưng nhờ công nghệ phát triển, đặc biệt là công nghệ kỹ thuật số có thể giúp ngành này phát triển sôi động trong tương lai.

Tổng quan mã màu nhiên liệu hydro - Cơ hội, chiến lược phát triển ở Việt Nam Trong thế giới năng lượng, hydro chiếm một vị trí quan trọng. Tuy nhiên hydro lại sở hữu những đặc tính đặc thù, trong đó có màu sắc. Các mã màu của hydrogen nói lên điều gì? Tại Việt Nam, cơ hội và chiến lược phát triển năng lượng hydro thế nào? Bài viết tổng hợp dưới đây của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam giúp chúng ta hiểu sâu thêm về vấn đề này.

Hydrogen - Ứng viên sáng giá cho quá trình chuyển đổi năng lượng sạch Khi thế giới chạy đua hướng tới năng lượng sạch, hydro nổi lên như một “ứng viên đầy tiềm năng chiến thắng”. Theo giới phân tích dự báo, thị trường hydro có thể đạt ngưỡng 1 nghìn tỷ USD mỗi năm vào năm 2050.

‘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.

Lý do hydro xanh được xem là ứng viên sáng giá cho mục tiêu Net Zero?

Hầu hết hydro được sản xuất ngày nay đến từ các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nhất là khí tự nhiên. Worley - một công ty công nghệ có trụ sở tại Úc hiện đã thực hiện hơn 120 dự án hydro trên toàn cầu, tuyên bố chưa đến 1% sản lượng hydro hiện tại là carbon thấp. Tuy nhiên, hydro giúp cắt giảm lượng khí thải khá nhanh, đáng tin cậy, và là nguồn vô tận khi được sản xuất thông qua quá trình điện phân sử dụng năng lượng tái tạo, chủ yếu là năng lượng mặt trời và năng lượng gió.

Theo Dr. Hans Dieter Hermes - Phó chủ tịch Worley: Một dự án thử nghiệm cách đây 10 hoặc 20 năm giá cao ngất ngưởng, nhưng ngày nay năng lượng tái tạo như gió và mặt trời rẻ hơn nên tương lai cho hydro là rất lớn. Chưa hết, do hydro có thể tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có nên tiết kiệm được rất nhiều chi phí. Đặc biệt, hydro giúp giảm lượng khí thải giao thông, cách mạng hóa việc sản xuất thép, hỗ trợ các nhà máy lọc dầu tạo ra nhiên liệu xanh và cung cấp nguyên liệu cho phân bón hay “vị cứu tinh” cho các ngành công nghiệp phải khử cacbon trong đó có ngành điện.

Những dự án hydro lớn đang được thực hiện:

Có lẽ dự án hydro tham vọng nhất mà Worley tham gia là dự án sản xuất nhiên liệu carbon thấp do Tập đoàn quốc tế Green Energy Oman (GEO) đứng đầu. GEO bao gồm OQ - công ty năng lượng tích hợp toàn cầu Sultanate của Oman; InterContinental Energy - nhà phát triển năng lượng xanh chuyên dụng hàng đầu; và EnerTech - một nhà đầu tư và phát triển năng lượng sạch được chính phủ Kuwait hậu thuẫn.

Vai trò của Worley trong dự án là nghiên cứu khả thi về khái niệm để phát triển và thách thức dự án năng lượng hydro xanh đã được GEO xác định. Bao gồm việc tối ưu hóa khoảng 25 GW năng lượng gió và năng lượng mặt trời, chuyển đổi năng lượng tái tạo này thông qua quá trình điện phân thành hydro xanh, cũng như sản xuất, lưu trữ và xuất khẩu amoniac xanh.

Dự án đặt mục tiêu sản xuất hơn 1,8 triệu tấn hydro xanh carbon thấp hàng năm, có thể tạo ra tới 10 triệu tấn amoniac xanh. Công ty Dầu khí (O&G) BP cũng là đối tác với Oman trong dự án. Việc đánh giá sẽ hỗ trợ chính phủ Oman phê duyệt các dự án phát triển trong tương lai của các trung tâm năng lượng tái tạo tại các địa điểm thích hợp trong khu vực để tận dụng các nguồn tài nguyên này.

Hanwha Energy - một công ty giải pháp năng lượng toàn diện có trụ sở tại Seoul, Hàn Quốc, hoạt động trong lĩnh vực hydro từ lâu và đạt nhiều kết quả. Năm 2020, Công ty đã đưa vào vận hành nhà máy điện pin nhiên liệu hydro công nghiệp lớn nhất trên thế giới, đây cũng là nhà máy đầu tiên chỉ sử dụng hydro được tái chế từ quá trình sản xuất hóa dầu. Nhà máy có công suất 50 MW được đặt tại Khu liên hợp công nghiệp Daesan ở Seosan, Hàn Quốc.

Để tạo điều kiện hoàn thành dự án, Hanwha Energy đã hợp tác với Korea East -West Power và Doosan Corp. để thành lập Daesan Green Energy - một công ty có mục tiêu đặc biệt. Hanwha Energy là cổ đông lớn nhất và chịu trách nhiệm về hoạt động hàng ngày của Nhà máy điện Korea East - West Power (KEWP). KEWP mua giấy chứng nhận năng lượng tái tạo được sản xuất bởi nhà máy điện pin nhiên liệu hydro, còn Doosan Corp cung cấp và bảo trì pin nhiên liệu hydro.

Hydro được sử dụng trong nhà máy được cung cấp từ Nhà máy Hóa dầu Hanwha Total, nằm trong cùng Khu liên hợp công nghiệp Daesan. Hanwha Total bơm hydro tái chế vào nhà máy điện thông qua các đường ống ngầm và cấp trực tiếp vào pin nhiên liệu. Sau đó, điện được tạo ra bởi phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy. Nước tinh khiết là sản phẩm phụ duy nhất của pin nhiên liệu.

Tháng 11 năm 2021, hãng Hyosung Heavy Industries (HHI) Hàn Quốc công bố họ sẽ thực hiện một dự án chạy bằng hydro được sản xuất như một sản phẩm phụ tại một nhà máy hóa chất. Trong dự án này, hydro sẽ được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho động cơ INNIO Jenbacher (động cơ pit tông sử dụng nhiên liệu 100% hydro). Công ty cho biết, nhà máy điện hydro thí điểm, sẽ được xây dựng tại Liên hợp Hyosung Chemical Yongyeon ở Ulsan, Hàn Quốc, và sẽ là “nhà máy điện thứ hai trong dải công suất 1 MW có thể sử dụng nhiên liệu 100% hydro”.

Công trình đầu tiên được hoàn thành vào năm 2020. INNIO và HanseWerk Natur hợp tác thực hiện, chuyển đổi một nhà máy nhiệt và điện kết hợp (CHP) ở khu vực O Henrschen của Hamburg, Đức, đồng thời tham gia thử nghiệm thực địa bằng cách sử dụng hỗn hợp hydro và khí tự nhiên biến đổi lên đến 100% hydro. Nhà máy CHP đã được chuyển đổi cung cấp hệ thống sưởi cục bộ cho 30 tòa nhà dân cư, trung tâm thể thao, trung tâm giữ trẻ ban ngày và khu phức hợp giải trí O Henrschen Park. Điện do nhà máy tạo ra cung cấp cho các điểm sạc xe điện trong nhà để xe nhiều tầng của O Henrschen cũng như lưới điện địa phương. INNIO cho hay, những dự án như thế này là “một cột mốc quan trọng trên con đường hướng tới sự trung hòa về khí hậu vì hydro xanh là một phần quan trọng của giải pháp”.

“Một khía cạnh đặc biệt hấp dẫn của công nghệ động cơ khí là các động cơ khí tự nhiên hiện có cũng có thể được chuyển đổi để chạy bằng hydro. Điều này mang lại cho các nhà khai thác sự an toàn khi đầu tư, với lợi ích bổ sung là cơ sở hạ tầng hiện tại không chỉ có thể được sử dụng trong dài hạn mà còn được triển khai theo cách phù hợp với môi trường” - Carlos Lange - Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành của INNIO nói cùng báo giới nhân dịp dự án bắt đầu thử nghiệm hồi cuối năm 2020.

Công nghệ đốt tua bin khí tiên tiến, đồng minh thân cận cho hydro:

Theo tạp chí điện trực tuyến Mỹ Powermag (PMC): Mối quan tâm khác của Hanwha đối với hydro là mua lại hãng PSM hồi tháng 7 năm 2021. Đây là nhà cung cấp dịch vụ tua bin khí có trụ sở tại Jupiter, Florida và là chi nhánh của Ansaldo Thomassen (nay là Thomassen Energy), có trụ sở chính tại Hà Lan. Lý do Hanwha mua lại PSM là do Ansaldo Thomassen đã phát triển hệ thống đốt tiên tiến sáng tạo, có tên FlameSheet cho phép sử dụng nhiên liệu linh hoạt hơn trong nhiều tua bin khí. Bao gồm khả năng đốt cháy tỷ lệ phần trăm hydro cao hơn. Hệ thống FlameSheet cho phép quay vòng nhiều hơn, lượng khí thải NOx thấp hơn và được cho là có thể xử lý nhiều loại thành phần khí đá phiến tốt hơn so với thiết kế của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM).

PSM cho hay, FlameSheet được thiết kế như một trang bị bổ sung đơn giản cho các nhà khai thác công nghệ OEM truyền thống. Hệ thống này sử dụng ống trượt nhiên liệu, ống phân phối nhiên liệu và bộ điều khiển tua bin khí hiện có của tua bin. Thiết kế sử dụng bốn mạch nhiên liệu theo cấu hình kép, trộn nhiên liệu và không khí thông qua các đặc điểm hình học độc đáo, sau đó ổn định ngọn lửa tốc độ cao nhờ cơ chế xoáy, thay vì cơ chế ổn định xoáy ở tốc độ thấp. Điều này cho phép kiểm soát hỗn hợp tốt hơn, dẫn đến lượng khí thải NOx giảm đi và vận tốc dòng chảy làm cho nó tốt hơn trong khi đốt đồng thời hydro và khí tự nhiên mà không lo về cháy nổ, có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho phần cứng đốt cháy.

Tóm lại, phương pháp thiết kế vận hành này được cho là cung cấp khả năng đốt cháy hydro cực lớn (lên đến 60% thể tích mà không cần sử dụng chất pha loãng ở nhiệt độ ngọn lửa như phun nước), hạn chế các tác động tiêu cực đối với không khí vận hành và không cần sửa đổi bộ tạo hơi thu hồi nhiệt (HRSG), hoặc hệ thống khử xúc tác chọn lọc (SCR) của cụm thiết bị.

Gần đây, PSM đã hoàn thành thử nghiệm bổ sung trên thế hệ mới nhất của công nghệ FlameSheet trong một giàn khoan áp suất cao ở Đức. Hanwha đang nhanh chóng kết hợp công nghệ của PSM vào danh mục đầu tư vào các dự án carbon thấp. Cùng với dự án pin nhiên liệu hydro được đề cập ở trên, Hanwha sẽ trang bị thêm một tổ máy 7EA được lắp đặt thế hệ mới nhất của FlameSheet tại Nhà máy điện Korea Western Power Co gần đó, nhắm tới mục tiêu 50% hydro theo khối lượng trong giai đoạn đầu tiên, dự kiến ​​sẽ hoàn thành vào năm 2023.

Ngoài PSM, danh mục đầu tư các-bon thấp của Hanwha bao gồm các công ty 174 Power Global, tập trung vào phát triển dự án năng lượng mặt trời và lưu trữ năng lượng và Q-Cells - công ty sản xuất các tấm pin mặt trời.

Trong số các dự án trong hàng đợi của 174 Power Global là một cơ sở hydro xanh mà nó đang phát triển tại Công viên Năng lượng Atlas của công ty ở Arizona. Khi đi vào hoạt động toàn bộ, địa điểm này dự kiến ​​sẽ sản xuất tới 8 tấn hydro xanh mỗi ngày bằng cách sử dụng một nhóm các tấm pin mặt trời và thiết bị điện phân./.

KHẮC NAM - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM (THEO: POWERMAG - 5/2022)

Link tham khảo:

1/ https://www.powermag.com/large-scale-hydrogen-projects-take-shape-as-technology-continues-to-evolve/