Lộ trình chuyển đổi nhiên liệu cho các nhà máy điện than ở Việt Nam còn bao xa?

Khủng hoảng thiếu điện ở Trung Quốc và những cải cách - Việt Nam có thể học được gì? Như Tạp chí Năng lượng Việt Nam đưa tin vào năm 2021, Trung Quốc đã trải qua thời kỳ thiếu điện đến mức khủng hoảng [*]. Quốc gia này đã ngay lập tức đưa ra những cải cách thị trường điện. Những cải cách đó có thể là một lựa chọn cho hệ thống điện Việt Nam không? Tổng hợp, phân tích của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam.

Hệ thống điện ‘bị bỏ quên’ ở Nam Phi và bài học cho Việt Nam Như chúng ta đều biết, hồi đầu tháng 2/2023, Tổng thống Nam Phi tuyên bố tình trạng “thảm họa quốc gia” vì thiếu điện. Trong khi đó, hệ thống điện của quốc gia này đã từng khá mạnh, có quy mô tương đương với hệ thống điện của Việt Nam hiện nay. Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam phân tích quá trình phát triển hệ thống điện Nam Phi để tìm nguyên nhân và rút ra bài học cho chúng ta.

Nhu cầu năng lượng tiếp tục gia tăng, trong đó khí tự nhiên không thể thiếu trong cấu trúc nguồn năng lượng thế giới đến năm 2050. Trong các loại nhiên liệu mới cho chuyển dịch năng lượng, amoniac xanh lá cây (green amonia) được xem là ứng viên sáng giá thay thế than và khí tự nhiên, giúp nhân loại có thể đạt mục tiêu ‘net - zero’ vào năm 2050.

Đôi nét về amoniac xanh:

Theo Hiệp hội Năng lượng Amoniac Thế giới: Mức sản xuất amoniac hiện đang đạt khoảng 200 triệu tấn mỗi năm, trong đó khoảng 10% được giao dịch trên thị trường toàn cầu. Gần 98% nguyên liệu để sản xuất amoniac có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, trong đó 72% sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu.

Theo hãng công nghệ hóa chất Stamicarbon của Hà Lan, EU đã đề ra mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 (net-zero) vào năm 2050. Để đáp ứng mục tiêu này, công nghệ amoniac xanh Stami của Stamicarbon có thể đóng một vai trò quan trọng để giảm phát thải.

Theo Stamicarbon: 80% lượng amoniac toàn cầu được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân đạm. Khoảng 180 triệu tấn amoniac đã được sản xuất vào năm 2019 để đáp ứng nhu cầu nói trên. Ngoài ra, amoniac còn đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất thực phẩm, tuy nhiên, việc sản xuất amoniac gây ra 1% tổng lượng phát thải khí nhà kính (KNK) toàn cầu. Điều này chủ yếu là do sản xuất amoniac truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch (như than, hoặc khí tự nhiên) làm nguyên liệu.

Nhưng, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể phát triển amoniac mà không cần nhiên liệu hóa thạch? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể làm cho amoniac có màu xanh lá cây chỉ bằng cách sử dụng mặt trời, không khí và nước? Ứng viên tiềm năng cho trả lời là amoniac xanh lá cây - được tạo ra từ các yếu tố tự nhiên (năng lượng gió, mặt trời, hydro từ nước và nitơ từ không khí), thay vì nhiên liệu hóa thạch. Do đó, nó thể hiện một bước tiến nhảy vọt đáng kể cho sự bền vững trong ngành phân bón, đồng thời mang đến cơ hội cho thị trường nhiên liệu năng lượng trong tương lai.

Amoniac xanh lá cây được sản xuất bằng cách sử dụng điện phân nước để tạo ra hydro và thu nitơ từ không khí. Nhiệt độ và áp suất cần thiết cho phản ứng hydro-nitơ trong vòng tổng hợp amoniac sẽ được cung cấp từ năng lượng bền vững, chẳng hạn như năng lượng gió, mặt trời. Đầu ra là amoniac phi cacbon.

Cần lưu ý, amoniac được phân loại là ‘xanh lam’, khi nó được sản xuất từ nguyên liệu khí đốt tự nhiên và CO2 thải ra được thu giữ bằng công nghệ CCS/CCUS, hoặc nó có thể được dán nhãn là ‘xanh lá cây’, khi nó được tạo ra từ quá trình điện phân dùng năng lượng tái tạo (NLTT). Sự tăng trưởng liên tục trong sản xuất khí và dòng LNG đã cho phép các nhà sản xuất khí và các ngành công nghiệp mở rộng sản xuất amoniac xanh lam. Theo đó, sự tăng trưởng trong sản xuất amoniac và sự suy giảm cường độ carbon của nó là phù hợp với các mục tiêu toàn cầu về chuyển đổi nhiên liệu.

Hiện nay, amoniac được hưởng nhiều lợi thế do là nguyên liệu cho sản xuất phân bón. Bên cạnh đó, cơ sở hạ tầng phát triển tốt và các cơ sở sản xuất amoniac quy mô lớn có sẵn trên khắp thế giới, làm cho việc sản xuất trở nên khả thi hơn.

Hydro cũng là nhiên liệu tiềm năng cho chuyển đổi năng lượng, khi nó sẽ được sử dụng trong các tua bin phát điện vốn đang chạy bằng khí tự nhiên.

Một thách thức đáng kể đối với hydro là chi phí cho lưu trữ cao, yêu cầu lớn về độ tinh khiết và cần vận chuyển bằng thiết bị chuyên dụng đặc biệt. So với hydro, amoniac không yêu cầu làm lạnh đến nhiệt độ cực đoan và cũng có mật độ năng lượng cao hơn hydro lỏng, giúp vận chuyển và lưu trữ dễ dàng hơn, cho thấy amoniac có thể dễ dàng trở thành một lựa chọn cạnh tranh như một giải pháp để khử cacbon trong ngành công nghiệp - nơi năng lượng được sử dụng nhiều, nhất là trong lĩnh vực phát điện và giao thông vận tải.

Tuy nhiên, amoniac lại phải đối mặt với những thách thức nhất định. Chẳng hạn như độc tính và tính ăn mòn lớn, do sản xuất thông qua oxit nitơ, khả năng dễ cháy trong động cơ và tua bin truyền thống. Cụ thể, nhiệt độ bắt lửa cao và tốc độ ngọn lửa thấp, sản xuất amoniac xanh ở quy mô thương mại rất tốn kém do chi phí vốn của nhà máy điện phân để sản xuất hydro chiếm phần đáng kể.

Amoniac xanh - nhiên liệu sạch cho tương lai:

Theo Tổng quan khí đốt toàn cầu đến 2050 (Global Gas Outlook 2050) vừa được công bố tại Diễn đàn các nước xuất khẩu khí đốt (GECF): Nhu cầu về khí đốt tự nhiên dự kiến sẽ tăng 50%, từ 3.950 tỷ mét khối năm 2019 lên 5.920 tỷ mét khối vào năm 2050. Do đó, khí tự nhiên sẽ là một phần không thể thiếu, trong nguồn cung cấp năng lượng cho thế giới trong tương lai.

Tiến sĩ Hussein Moghaddam - chuyên gia cấp cao về năng lượng thuộc Ban Thư ký GECF, thành viên soạn thảo Tổng quan nói trên cho hay: Amoniac xanh đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang nhiên liệu sạch. Còn các nhà sản xuất khí tuy coi khí tự nhiên như một véc tơ của quá trình chuyển đổi năng lượng, nhưng bắt đầu coi hydro sẽ là nhiên liệu quan trọng cho quá trình khử cacbon bền vững trên quy mô toàn cầu.

Cùng với hydro, amoniac xanh cũng nổi lên như một nhiên liệu quan trọng để thúc đẩy nền kinh tế các-bon thấp. Năm 2021, GECF đã phát triển “Kịch bản về hydro”, cũng như “Kịch bản trung hòa cacbon”. Từ hai kịch bản này, một loạt các giải pháp thực hiện đã được đưa ra nhằm hướng tới khử cacbon, như dùng hydro xanh lam, amoniac xanh và ứng dụng thu giữ, sử dụng và lưu trữ cacbon (CCUS).

Kết quả ban đầu cho thấy: Amoniac xanh có tiềm năng làm nhiên liệu trong tương lai cho các ngành hàng hải và sản xuất điện. Các nước thành viên GECF được xem là “hậu phương” vững chắc về nguồn cung cấp amoniac xanh. Hiện tại, amoniac là một trong những hóa chất đóng góp lớn nhất cho nền kinh tế của Trinidad và Tobago. Đất nước này có 11 nhà máy amoniac, với tổng công suất 5,2 triệu tấn năm, đưa Trinidad và Tobago trở thành một trong những nhà xuất khẩu amoniac lớn nhất hành tinh.

Một dự án mới: Nga và Nhật Bản đang có kế hoạch hợp tác nghiên cứu khả năng vận chuyển amoniac xanh lam được sản xuất ở Siberia của Nga để sử dụng tại các nhà máy điện than ở Nhật Bản. CO2 phát sinh từ quá trình sản xuất sẽ được thu gom và bơm vào các mỏ dầu phía Đông Siberi để tăng cường thu hồi dầu.

Amoniac xanh - ứng viên có thể giúp đạt mục tiêu ‘net-zero’ vào năm 2050:

Không chỉ có Liên minh châu Âu (EU) mà nhiều quốc gia trên thế giới đã đặt mục tiêu đạt mức phát thải ròng ‘net - zero’ vào năm 2050, như đã cam kết trong Thỏa thuận Paris. Công nghệ amoniac xanh đã nổi lên như một trong những nhiên liệu thay thế triển vọng để khử cacbon.

Trong ngành vận tải biển: Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đặt mục tiêu giảm 40% phát thải KNK vào năm 2030 và tăng tiếp lên 70% vào năm 2050 so với mức năm 2008, cuối cùng loại bỏ hoàn toàn tất cả các dạng phát thải có hại. Bắt đầu từ tháng 1/2020, kế hoạch này đã được triển khai quyết liệt, IMO yêu cầu ngành vận tải biển phải có nghĩa vụ hạn chế hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu.

Để đáp ứng tham vọng của IMO về giảm phát thải khí nhà kính, nhu cầu nhiên liệu thay thế đang được cân nhắc và thay thế triệt để, amoniac xanh được xác định là một trong những giải pháp quan trọng trong lộ trình dài hạn của ngành vận tải biển hướng tới các mục tiêu khử cacbon.

Ứng dụng khác của amoniac là đồng đốt với than trong các nhà máy nhiệt điện than dùng để giảm phát thải cacbon. Nhật Bản đang đặt mục tiêu tăng cường sử dụng amoniac để đạt được mục tiêu khử cacbon vào năm 2050.

Vào tháng 9/2020, lô hàng amoniac đầu tiên thế giới được gửi từ Ả Rập Xê Út đến Nhật Bản để sử dụng trong sản xuất điện. Sản phẩm nói trên của Ả Rập Xê Út được sản xuất trong một nhà máy khí tự nhiên, trong đó khí tự nhiên đã được sử dụng để sản xuất hydro và sau đó kết hợp với nitơ để tạo ra amoniac xanh lam.

Theo Viện Kinh tế Năng lượng Nhật Bản (JIEE): Amoniac xanh rất quan trọng để duy trì sự cân bằng giữa môi trường và nền kinh tế, trong bối cảnh Nhật Bản đang có tham vọng duy trì phát thải carbon bằng zero. Dự báo, khoảng 10% điện năng mỗi năm của Nhật Bản có thể được tạo ra bằng cách sử dụng 30 triệu tấn amoniac xanh.

Khi nào thì ‘nhiên liệu amoniac xanh’ khả thi về mặt kỹ thuật và thương mại?

Tiềm năng, lợi ích của ‘nhiên liệu amoniac xanh’ là rất lớn và câu hỏi dư luận quan tâm là khi nào thì nguồn năng lượng này mới khả thi về mặt kỹ thuật và thương mại?

Để trả lời câu hỏi này, trung tuần tháng 8/2021, Tập đoàn dầu khí BP của Anh cho hay: Việc sản xuất hydro và amoniac xanh trên quy mô lớn hiện đã khả thi về mặt kỹ thuật ở Australia.

Kết luận này của BP đưa ra trên nghiên cứu khả thi được Cơ quan Năng lượng Tái tạo Australia, hãng năng lượng mặt trời Lightsource BP và công ty dịch vụ chuyên nghiệp GHD Advisory hỗ trợ.

BP, GHD Advisory đã nghiên cứu chuỗi cung ứng hydro, thị trường nội địa, cũng như xuất khẩu theo các quy mô khác nhau và phát hiện thấy amoniac xanh được tạo ra thông qua sự kết hợp của hydro xanh, nitơ từ không khí. Amoniac sau đó có thể được sử dụng như một “chất mang hydro” và sẽ đưa vào sản xuất thương mại từ năm 2030.

BP nhấn mạnh thêm: Australia là một nơi lý tưởng để mở rộng quy mô sản xuất hydro xanh và amoniac xanh trong tương lai, đặc biệt là miền Tây Australia.

Còn theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh (RSC): Amoniac xanh được sản xuất bằng cách sử dụng hydro từ quá trình điện phân nước bởi NLTT (gió và mặt trời). Dự báo amoniac xanh sẽ có mặt trên thị trường vào năm 2030 bằng phương pháp sản xuất thông thường.

Dự báo này của RSC được dựa vào nghiên cứu phân tích ở 534 địa điểm ở 70 quốc gia và tối ưu hóa sự kết hợp của nguồn năng lượng tái tạo (gió và mặt trời), thiết kế nhà máy sản xuất amoniac xanh và hoạt động của nó để giảm thiểu chỉ số LCOA (chi phí cân bằng, hay chi phí san bằng của amoniac).

Dự báo cũng xem xét tới các rủi ro tài chính theo từng quốc gia cụ thể dựa trên những địa điểm có tiềm năng năng lượng khác nhau. Hiện tại, có thể đạt mức LCOA là 473 USD/tấn, nhiều địa điểm được dự đoán sẽ đạt được mức LCOA dưới 350 USD/tấn vào năm 2030, với sử dụng các máy điện phân.

Các chuyên gia năng lượng của JIEE cho rằng: Amoniac xanh có tiềm năng quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng toàn cầu sang hệ thống năng lượng xanh và ít CO2 hơn. Sự có mặt của Amoniac xanh được xem là “động lực xanh hóa ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu”.

Cho dù amoniac là xanh lam, hay xanh lá cây đều có tác dụng tích cực đến kinh tế, môi trường và sức khỏe con người.

Việt Nam đã sản xuất amoniac ‘xanh lam’ từ năm 2004:

Theo nguồn tin của Tạp chí Năng lượng Việt Nam: Sản xuất amoniac không còn mới đối với ngành hóa chất Việt Nam. Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí (PVFCCo) mà người dân quen gọi là Đạm Phú Mỹ đã sản xuất amoniac từ khi thành lập (năm 2004). Năm 2021, sản lượng amoniac của PVFCCo đạt 540.000 tấn. Trong đó, từ năm 2018 nhờ phân xưởng mở rộng, lượng amoniac không những đủ cho sản xuất phân urê của Công ty mà còn cung cấp cho thị trường.

Xung đột Nga - Ukraine làm cho các nhà máy sản xuất amoniac trên thế giới thiếu nguồn khí tự nhiên, nên giá amoniac tăng cao tới 851 USD/tấn (FOB) vào tháng 7/2022.

Hồi tháng 8/2022, tại Hà Nội, ông Kim Sung Won - Tổng Giám đốc Công ty GS Energy (Hàn Quốc) đã đề xuất với lãnh đạo Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) thử nghiệm Blue Ammonia (nhiên liệu amoniac xanh lam) trong các nhà máy nhiệt điện than.

Cụ thể, đối tác Hàn Quốc đề xuất việc hợp tác, hỗ trợ PVN, cũng như Chính phủ Việt Nam sử dụng nhiên liệu amoniac xanh lam để dần thay thế nhiên liệu than trong sản xuất điện - tức là nguồn sản xuất amoniac vẫn là khí tự nhiên như hiện nay Đạm Phú Mỹ đang sản xuất, hoặc khí tự nhiên hóa lỏng LNG.

Tuy chưa xanh hẳn, nhưng nếu ngành sản xuất đạt quy mô lớn, với các thông số tối ưu, sẽ có thể cung cấp lượng amoniac đủ để có thể làm nhiên liệu phát điện (tất nhiên với giá điện khá cao).

Những đề xuất về amoniac xanh lá cây thường đến từ các dự án điện gió ngoài khơi (ĐGNK). Các dự án này dự kiến sẽ chủ yếu bán điện qua đường truyền tải vào bờ và tận dụng lúc phụ tải điện thấp để sản xuất khí hydro, hoặc dành riêng một số tua bin gió cho sản xuất điện để điện phân tạo hydro. Rồi từ hydro sẽ tổng hợp amoniac.

Con đường tiến tới amoniac xanh lá cây ở Việt Nam chắc chắn còn dài, vì theo Quy hoạch điện VIII, các dự án ĐGNK với quy mô tổng công suất 6.000 MW vào năm 2030 còn đang gặp rất nhiều khó khăn để triển khai, nhiều yếu tố về khung pháp lý còn thiếu cho việc khảo sát vùng biển, cho đấu thầu các dự án tiềm năng để chọn nhà đầu tư...

Các chuyên gia về ĐGNK đã lưu ý: Ước tính thời gian thực hiện đầu tư xây dựng để hoàn thành một dự án ĐGNK cần từ 6 đến 8 năm.

Thách thức về công nghệ đồng đốt, chi phí nhiên liệu và chính sách giá điện của Việt Nam:

Trong Quy hoạch điện VIII, để chuyển đổi dần từ nhiên liệu hóa thạch sang nhiên liệu không phát thải khí nhà kính, nhằm đáp ứng cam kết Net zero vào năm 2050 của Việt Nam, các nhà máy nhiệt điện than sau 20 năm vận hành sẽ định hướng phải chuyển dần sang đốt sinh khối, hoặc amoniac khi giá thành các nhiên liệu đó phù hợp.

Tại cuộc họp bàn triển khai thực hiện lộ trình chuyển đổi năng lượng được nêu trong Quy hoạch điện VIII giữa Bộ Công Thương với các chủ đầu tư các nhà máy nhiệt điện than mới đây, ông Nguyễn Tài Anh - Phó tổng Giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cho biết: Hiện EVN đang quản lý, vận hành 15 nhà máy nhiệt điện than với 36 tổ máy, có tổng công suất đặt 12.633 MW. Trong đó, có 2 tổ máy đã vận hành hơn 20 năm, với công suất 600 MW; 4 tổ máy đã vận hành gần 40 năm, với tổng công suất 440 MW; 4 tổ máy vận hành gần 50 năm, với tổng công suất 100 MW. Đến năm 2030, EVN có thêm 4 tổ máy vận hành hơn 20 năm với tổng công suất 1.230 MW.

Hiện EVN đã và đang tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm và có kế hoạch chuyển đổi với một số tổ máy của nhà máy như: Uông Bí mở rộng (tổ máy S7), Quảng Ninh (S1, S2) với loại nhiên liệu dự kiến sinh khối, ammoniac…

Nhưng khó khăn chính là công nghệ đốt trộn amoniac hiện nay trên thế giới chưa hoàn thiện (mới trong giai đoạn thử nghiệm). Chưa có nhà máy điện nào ở Việt Nam cải tiến, thử nghiệm đồng đốt amoniac và có đánh giá về tính kinh tế, kỹ thuật, cũng như các ảnh hưởng tác động đến con người, môi trường, thiết bị.

Mặt khác, hiện nay khả năng cung cấp nhiên liệu ammoniac, hay sinh khối ở trong nước còn hạn chế, chưa đảm bảo nguồn cung để vận hành lâu dài và ổn định.

Ý kiến của TKV, Tổng công ty Phát điện 1, 2, 3 cùng một số chủ đầu tư khác đều băn khoăn về giá nhiên liệu sinh khối, ammoniac trên thị trường cao hơn giá than. Trong khi đó, chúng ta chưa có cơ chế, chính sách về hỗ trợ giá chuyển đổi cho nhà máy thực hiện đồng đốt nhiên liệu này để các nhà máy mở rộng thử nghiệm. Do đó, các chủ đầu tư kiến nghị Chính phủ, Bộ Công Thương sớm có lộ trình và các cơ chế, chính sách cụ thể (về quy hoạch vùng nguyên liệu sinh khối, hỗ trợ tài chính, giá bán điện) làm cơ sở để các nhà máy nhiệt điện triển khai.

Còn ý kiến của các chủ dự án nhiệt điện đốt than BOT (Nghi Sơn 2, Vĩnh Tân 1, Duyên Hải 2) cho rằng: Các điều khoản của hợp đồng mua, bán điện đã được ký kết, khi chuyển đổi nhiên liệu giá thành sản xuất sẽ cao hơn giá đã thỏa thuận trong hợp đồng mua bán điện. Như vậy, thời gian còn lại của hợp đồng sẽ thực hiện như thế nào? Phần chi phí tăng thêm cho chuyển đổi công nghệ, chi phí nhiên liệu chuyển đổi sẽ do bên nào chịu? v.v…

Kết luận buổi làm việc, Bộ trưởng Nguyễn Hồng Diên đề nghị các chủ đầu tư, chủ sở hữu của nhà máy nhiệt điện than thực hiện nghiêm Chỉ thị 29 ngày 2/11/2019 của Thủ tướng, đồng thời xây dựng lộ trình chuyển đổi nhiên liệu, thể hiện quyết tâm bằng cam kết với Chính phủ Việt Nam qua Bộ Công Thương.

Theo đó, các chủ đầu tư cần chủ động tìm hiểu, đề xuất cơ chế, chính sách của các quốc gia, các tổ chức quốc tế dựa trên các cam kết, tuyên bố của họ trên các diễn đàn…

Bộ Công Thương giao Cục Điện lực và Năng lượng Tái tạo chủ trì với các đơn vị có liên quan tiếp tục nghiên cứu các cơ chế, chính sách (dựa vào những cam kết của các tổ chức quốc tế để đưa ra một số cơ chế chính sách ban đầu).

Nhưng theo nhìn nhận của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam: Với những thách thức về công nghệ đồng đốt (mới ở giai đoạn thử nghiệm), chi phí nhiên liệu và chính sách giá điện... như hiện nay, con đường tiến tới amoniac thay thế nhiên liệu than tại Việt Nam chắc chắn còn dài. Trước mắt, để đảm bảo an ninh cung cấp điện (tránh khủng hoảng thiếu nguồn như hiện nay), Chính phủ, các bộ, ngành cần tập trung đẩy nhanh các phê duyệt để sớm đầu tư các nguồn điện khí (trong Trung tâm Điện lực Ô Môn), điện khí LNG trong quy hoạch; sớm ban hành các quy định cần thiết để triển khai điện gió ngoài khơi và điện mặt trời mái nhà./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM