Năng lượng hydro: Cơ hội cho mục tiêu phát triển bền vững PVN trong tương lai

‘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.

Phát triển nhiên liệu khí hydro xanh gắn với điện gió ngoài khơi Theo dự thảo Quy hoạch điện VIII, một trong các vướng mắc để phát triển điện gió và điện măt trời là đảm bảo phải xây dựng hệ thống lưới điện đồng bộ và giữ ổn định của hệ thống. Các chuyên gia cho rằng, các dự án kết hợp nguồn điện gió ngoài khơi với sản xuất nhiên liệu khí hydro xanh (Green hydrogen) với quy mô đủ lớn mang đến một cách tiếp cận mới, hướng đến cả trong nước và xuất khẩu, một giải pháp khả thi đang được áp dụng và tăng tốc phát triển tại nhiều quốc gia.

1. Năng lượng hydro:

Bảo đảm an ninh năng lượng một cách bền vững là yêu cầu sống còn và là nền tảng, tiền đề quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội, giữ vị trí ưu tiên trong chính sách năng lượng quốc gia. Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay, nhu cầu năng lượng đang được đáp ứng phần lớn từ các nguồn năng lượng hóa thạch như: Than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên... Tuy nhiên, nguồn năng lượng hóa thạch là hữu hạn và việc khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng này tạo ra một lượng nhà kính chiếm đến 3/4 lượng phát thải khí nhà kính trên toàn cầu và ở Việt Nam con số đó là khoảng 2/3 [1,2].

Phát thải khí nhà kính từ các hoạt động năng lượng gây ô nhiễm môi trường, là tác nhân trực tiếp dẫn tới biến đổi khí hậu (BĐKH) và tạo ra các yếu tố rủi ro tiềm ẩn cho sự phát triển bền vững của quốc gia. Các ngành kinh tế mũi nhọn như ngành dầu khí cũng chịu tác động lớn và cần hành động trước các thách thức này. Với tốc độ phát thải như hiện nay, nhiệt độ trái đất sẽ nóng lên trên 1,5^oC trong khoảng 10 năm và ở mức trên 2^oC trong khoảng 2 - 3 thập kỷ tới [3]. Để đạt được mục tiêu đã đặt ra trong thỏa thuận chung Paris tại COP21 là giới hạn sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu ở mức dưới 2^oC so với thời kỳ tiền công nghiệp và cố gắng giới hạn ở mức dưới 1,5^oC, cần đẩy nhanh quá trình chuyển dịch năng lượng và phát triển các nguồn năng lượng sạch thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch.

Năng lượng hydro đã được thế giới quan tâm phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước với sự xuất hiện của khái niệm “nền kinh tế hydro”. Tuy nhiên, năng lượng hydro chỉ thực sự được quan tâm và phát triển mạnh mẽ trong khoảng 3 năm trở lại đây khi nhiều quốc gia trên thế giới đang hướng tới một nền kinh tế phát thải các-bon thấp và đã tuyên bố mục tiêu đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, hoặc sớm hơn. Hydro không chỉ là nguồn nhiên liệu mà còn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho các lĩnh vực hoạt động của nền kinh tế nói chung (như sản xuất công nghiệp, giao thông, dân dụng, sản xuất và tích trữ năng lượng) và sẽ dần thay thế các nguồn nhiên, nguyên liệu hóa thạch để hình thành một nền kinh tế hydro trong tương lai không xa.

Hiện nay, tiêu thụ hydro trên thế giới vào khoảng 70 triệu tấn/năm và chủ yếu được sản xuất từ nguồn nguyên liệu hóa thạch như than, khí tự nhiên (được gọi là hydro “xám”) để sử dụng trong các nhà máy lọc dầu, hóa chất, sản xuất phân đạm. Tuy nhiên, quá trình sản xuất này cũng phát thải ra một lượng lớn CO₂ (khoảng 10 kg CO₂/1 kg H₂). Tổng lượng phát thải CO₂ từ quá trình sản xuất hydro toàn cầu khoảng 830 triệu tấn/năm tương đương lượng phát thải của Anh và Indonesia cộng lại [4]. Do đó, để hướng tới mục tiêu sử dụng hydro như một nguồn năng lượng sạch và góp phần quan trọng vào việc cắt giảm phát thải khí nhà kính, thế giới cần hướng tới sản xuất các loại hydro “sạch” bao gồm hydro “lam” là hydro được sản xuất từ nguyên liệu hóa thạch có kèm theo quá trình thu hồi, lưu trữ và sử dụng CO₂ và hydro “xanh” là hydro được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo (Hình 1).

Hình 1. Các dạng hydro sản xuất từ nguồn nguyên liệu hóa thạch (hydro “xám”, hydro “lam”) và từ năng lượng tái tạo (hydro “xanh”).

Ngoài các nguồn hydro sản xuất từ các quá trình tổng hợp trong công nghiệp, gần đây hydro còn được tìm thấy trong tự nhiên (dưới lòng đất) ở một số nơi trên thế giới và vấn đề tìm kiếm, thăm dò, khai thác hydro tự nhiên đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học và các doanh nghiệp [5].

Ở Việt Nam, tại một số khu vực có các dấu hiệu cho thấy có thể tồn tại các vỉa chứa hydro tự nhiên dưới lòng đất như nơi có nhiều hoạt động núi lửa, các bể trầm tích liên quan đến thành tạo than, các thành tạo móng granite... Do đó, trong tương lai có thể một chuỗi giá trị hydro từ khâu thăm dò, khai thác/sản xuất, xử lý, vận chuyển, tồn trữ, sử dụng tương tự như chuỗi giá trị dầu khí có thể được hình thành như trong Hình 2.

Hình 2. Một chuỗi giá trị hydro tương tự như chuỗi giá trị dầu khí có thể hình thành trong tương lai.

2. Chiến lược phát triển năng lượng hydro của các quốc gia và các tập đoàn năng lượng/dầu khí trên thế giới:

Tiêu thụ hydro dự báo sẽ tăng nhanh trong thời gian tới do nhu cầu sử dụng hydro như một nguồn năng lượng sạch. Theo dự báo của Bloomberg: Đến năm 2050, hydro có thể đáp ứng đến 7 - 24% tổng nhu cầu năng lượng toàn cầu tùy theo các kịch bản khác nhau [6]. Một thị trường hydro khi hình thành ở quy mô lớn như vậy có thể tạo ra doanh thu khoảng 2.500 tỷ USD và 30 triệu việc làm [7]. Để nắm bắt cơ hội này, nhiều quốc gia và các tập đoàn năng lượng/dầu khí trên thế giới đã tích cực xây dựng và triển khai Chiến lược phát triển hydro, cụ thể:

(i) Hơn 30 quốc gia đã xây dựng chiến lược phát triển hydro, 15 quốc gia đã ban hành các chính sách để thúc đẩy việc sản xuất, phát triển hạ tầng và sử dụng hydro.

(ii) Các tập đoàn năng lượng/dầu khí trên cũng đã xây dựng chiến lược và triển khai các dự án phát triển hydro, đặc biệt là hydro ‘xanh” sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo.

Các quốc gia ở khu vực châu Âu là những nước đi đầu trong việc phát triển năng lượng hydro và tập trung vào hydro “xanh”. Liên minh châu Âu đã ban hành Chiến lược phát triển hydro vào năm 2020 với mục tiêu thúc đẩy sản xuất hydro “sạch” và ứng dụng hydro trong các lĩnh vực của nền kinh tế. Chiến lược bao gồm 3 giai đoạn: Trong đó giai đoạn 1 từ năm 2020 - 2024 với mục tiêu tổng công suất hệ thống điện phân để sản xuất hydro “xanh” đạt tối thiểu 1 GW và sản lượng 1 triệu tấn/năm; giai đoạn 2 từ năm 2025 - 2030 với mục tiêu tổng công suất hệ thống điện phân để sản xuất hydro “xanh” đạt tối thiểu 40 GW và sản lượng 10 triệu tấn/năm; giai đoạn 3 từ 2030 - 2050 các công nghệ hydro “xanh” đạt mức độ trưởng thành, được áp dụng ở quy mô lớn và trong tất cả các lĩnh vực khó khử các-bon.

Song hành cùng Chiến lược của các quốc gia, nhóm các tập đoàn năng lượng/dầu khí ở khu vực châu Âu hiện nay đang đi đầu trong việc phát triển hydro, trong đó các tập đoàn lớn như: Shell, BP, TotalEnergies, Equinor, Eni… đều đã đặt mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 trong đó Shell và BP đều đặt mục tiêu chiếm tối thiểu 10% thị phần hydro toàn cầu trong tương lai, các tập đoàn khác dù chưa có mục tiêu cụ thể về thị phần hydro, nhưng đều đang tham gia triển khai các dự án sản xuất và sử dụng hydro “xanh”.

Ở khu vực Bắc Mỹ, Canada đã công bố Chiến lược phát triển hydro quốc gia trong khi đó Mỹ hiện chưa có một chiến lược cụ thể nhưng đã xây dựng chương trình thúc đẩy nghiên cứu, ứng dụng, sử dụng hydro. Cả Canada và Mỹ đều không đặt trọng tâm vào hydro “xanh” mà tiếp cận theo hướng tận dụng những lợi thế sẵn có về hạ tầng, nguồn tài nguyên của từng khu vực để phát triển cả hydro “xanh” và hydro “lam”. Các tập đoàn dầu khí ở khu vực Bắc Mỹ như: Exxon Mobil, Chevron hiện chưa có chiến lược rõ ràng về hydro và sẽ tập trung nhiều hơn vào hydro “lam” dựa trên những kinh nghiệm, lợi thế sẵn có về công nghệ thu hồi, lưu trữ và sử dụng CO₂. Tuy nhiên, với việc quay trở lại với cuộc chiến chống BĐKH gần đây của Mỹ cùng các cam kết cắt giảm phát thải khí nhà kính mạnh mẽ, có thể trong thời gian tới Mỹ và các tập đoàn năng lượng/dầu khí ở khu vực này sẽ có những chiến lược rõ ràng hơn trong lĩnh vực năng lượng hydro.

Ở khu vực châu Á, Nhật Bản và Hàn Quốc là các quốc gia đi đầu trong phát triển nền kinh tế hydro. Do hạn chế về nguồn tài nguyên, cả Nhật và Hàn Quốc đều tập trung thúc đẩy việc sử dụng năng lượng hydro và hướng tới nhập khẩu hydro trong tương lai. Trung Quốc với những lợi thế về quy mô thị trường lớn và chi phí đầu tư thấp hiện cũng đã có kế hoạch phát triển năng lượng hydro. Sau khi Trung Quốc công bố mục tiêu đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2060, các tập đoàn dầu khí ở nước này như CNPC và Sinopec đã nhanh chóng triển khai phát triển hydro trong đó cả CNPC và Sinopec đều đã đặt mục tiêu đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Để đạt mục tiêu này, CNPC sẽ đầu tư vào các giải pháp năng lượng sạch như phát triển năng lượng tái tạo và hydro và xây dựng kế hoạch phát triển 50 trạm bơm hydro trong thời gian tới. Sinopec đặt mục tiêu trở thành doanh nghiệp Hydro số 1 Trung Quốc, triển khai dự án hydro “xanh” đầu tiên vào năm 2022 và phát triển 1000 trạm bơm hydro vào năm 2025.

Còn các tập đoàn dầu khí ở khu vực Đông Nam Á như: Petronas, PTT, Pertamina đều đã triển khai các hoạt động hợp tác, hoặc thành lập bộ phận phát triển hydro để triển khai các công việc phục vụ cho việc thúc đẩy phát triển thị trường hydro trong nước.

3. Cơ hội của PVN trong phát triển năng lượng hydro:

Nền kinh tế Việt Nam trong những năm gần đây luôn có tốc độ phát triển nhanh ở châu Á với tỷ lệ tăng trưởng GDP hơn 6%/năm, trong đó, ngành năng lượng đóng vai trò quan trọng. Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, đầu tư cho ngành năng lượng suy giảm tạo ra khoảng trống, dần gây áp lực lớn lên an ninh năng lượng của nước ta. Nhận diện được những thách thức này, bảo đảm an ninh năng lượng luôn được xác định là mục tiêu xuyên suốt trong chiến lược phát triển năng lượng quốc gia.

Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 của Bộ Chính trị về “Định hướng chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045” đã nêu rõ quan điểm “Bảo đảm vững chắc an ninh năng lượng quốc gia là nền tảng, đồng thời là tiền đề quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội. Việc tiếp cận với nguồn năng lượng ổn định và có chi phí thấp là yếu tố hàng đầu bảo đảm cho tăng trưởng kinh tế. Ưu tiên phát triển năng lượng nhanh và bền vững, đi trước một bước, gắn với bảo vệ môi trường sinh thái, bảo đảm quốc phòng, an ninh, thực hiện tiến bộ và công bằng xã hội có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, là nhiệm vụ trọng tâm xuyên suốt trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước”. Đồng thời, Nghị quyết đã xác định mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính từ hoạt động năng lượng so với kịch bản phát triển bình thường ở mức 15% vào năm 2030, lên mức 20% vào năm 2045. Nghị quyết cũng đã đề ra nhiệm vụ thực hiện nghiên cứu công nghệ, xây dựng một số đề án thử nghiệm sản xuất và khuyến khích sử dụng năng lượng hydro phù hợp với xu thế chung của thế giới.

Bên cạnh vấn đề an ninh năng lượng, Việt Nam là một trong 5 quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của BĐKH và đang phải đối mặt với các thách thức lớn về phát triển bền vững. Uớc tính BĐKH có thể gây thiệt hại lên tới 1,5% tổng sản phẩm quốc nội (GDP) hàng năm, đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến các thành tựu phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam và cũng tạo ra những thách thức to lớn trong việc thực hiện các mục tiêu phát triển bền vững của đất nước trong tương lai. Trước yêu cầu của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu sử dụng năng lượng không ngừng gia tăng trong khi nguồn cung năng lượng ngày càng cạn kiệt, Việt Nam cần có lộ trình cụ thể trong xây dựng mô hình năng lượng sạch trong tương lai để đạt được mục tiêu “kép” đảm bảo an ninh năng lượng và phát triển bền vững. Hydro với vai trò trong việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, tích trữ, phân phối năng lượng quy mô lớn cũng như giảm phát thải khí nhà kính trong các lĩnh vực khó khử các-bon như giao thông vận tải đường dài, sản xuất công nghiệp nặng (Hình 3) có thể sẽ là một trong những giải pháp hữu hiệu trong việc bảo đảm mục tiêu “kép” an ninh năng lượng và phát triển bền vững.

Hình 3. Vai trò của hydro trong tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính trong các lĩnh vực khó khử các-bon [7].

Là một trong những doanh nghiệp nhà nước hàng đầu tại Việt Nam, đóng góp lớn cho sự phát triển kinh tế, xã hội, đồng thời là một trong những trụ cột trong việc bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia, PVN vừa bị tác động trực tiếp từ BĐKH, vừa có trách nhiệm trong việc chung tay cùng Chính phủ vừa đảm bảo an ninh năng lượng, vừa bảo vệ môi trường và ứng phó hiệu quả với BĐKH. Để đạt được mục tiêu này trong bối cảnh sản lượng khai thác dầu khí trong nước ngày càng suy giảm, PVN cần tìm những hướng đi mới trong tương lai, đặc biệt là việc phát huy các lợi thế sẵn có của việc đã hình thành được ngành dầu khí Việt Nam hoàn chỉnh trong toàn bộ các khâu của chuỗi giá trị dầu khí từ tìm kiếm, thăm dò, khai thác, xử lý, vận chuyển, tồn trữ và phân phối các sản phẩm dầu khí để phát triển các nguồn năng lượng sạch trong đó có hydro, xây dựng và hình thành chuỗi giá trị hydro và tham gia vào thị trường hydro toàn cầu. Với nhiều điểm tương đồng giữa chuỗi giá trị dầu khí và chuỗi giá trị của hydro, các tập đoàn dầu khí nói chung và PVN nói riêng có nhiều cơ hội và lợi thế trong việc phát triển lĩnh vực hydro trên cơ sở những kinh nghiệm, hạ tầng sẵn có của ngành dầu khí, đặc biệt là hydro “xanh” với tiềm năng năng lượng tái tạo khá dồi dào ở Việt Nam và khả năng có sự tồn tại tích tụ hydro tự nhiên dưới lòng đất.

Mặc dù lĩnh vực hydro “xanh” còn nhiều thách thức, đặc biệt là vấn đề giá thành sản xuất còn cao, tuy nhiên với tốc độ phát triển của năng lượng tái tạo trong thời gian vừa qua cùng với sự hoàn thiện công nghệ sẽ đẩy nhanh tốc độ phát triển của hydro “xanh” và có thể sản xuất quy mô thương mại từ sau năm 2030 [8,9].

Theo dự báo của Bloomberg: Giá thành sản xuất hydro có thể giảm xuống 2$/kg tương đương với 15$/triệu BTU vào năm 2030 và xuống mức 1$/kg tương đương với 7,5$/triệu BTU vào năm 2050 ngang bằng với giá khí tự nhiên hiện nay ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam [4].

4. Kết luận và kiến nghị:

Trong tương lai, hydro sẽ là nguồn năng lượng sạch đóng một vai trò quan trọng trong cơ cấu năng lượng toàn cầu và là giải pháp không thể thiếu trong chuyển dịch năng lượng và cắt giảm phát thải khí nhà kính. Để nắm bắt cơ hội và có sự chuẩn bị nhằm tiếp cận với với xu hướng phát triển ngành công nghiệp hydro khi có điều kiện, PVN cần:

Thứ nhất: Xác định rõ Chiến lược của mình trong lĩnh vực hydro và xây dựng lộ trình cũng như đẩy nhanh tốc độ triển khai phát triển hydro, đặc biệt là hydro “xanh” và hydro “tự nhiên” trên cơ sở đặc thù chuyên ngành và các lợi thế sẵn có của hạ tầng dầu khí.

Thứ hai: Chủ động đề xuất và tham gia đóng góp vào quá trình hoạch định các Chiến lược, chính sách phát triển năng lượng sạch nói chung và năng lượng hydro nói riêng để tạo khung pháp lý cần thiết cho phát triển ngành công nghiệp hydro của Việt Nam.

Thứ ba: Xây dựng và triển khai các chương trình nghiên cứu dài hạn, ứng dụng và thử nghiệm công nghệ mới trong chuỗi khai thác/sản xuất, vận chuyển, lưu trữ, sử dụng/ứng dụng hydro để đón đầu và sẵn sàng tham gia sản xuất, kinh doanh hydro khi thị trường có đủ điều kiện.

Thứ tư: Phát huy lợi thế về kinh nghiệm và nguồn nhân lực sẵn có trong thiết kế, chế tạo, vận hành công trình biển, nhanh chóng triển khai các dự án phát triển điện gió ngoài khơi nhằm tạo tiền đề để phát triển năng lượng hydro trong tương lai.

Thứ năm: Chủ động tìm kiếm, xây dựng quan hệ hợp tác với các đối tác quốc tế có thế mạnh về công nghệ sản xuất hydro để hợp tác và nhận chuyển giao công nghệ nhằm triển khai các dự án ở Việt Nam.

Thứ sáu: Chuẩn bị nguồn nhân lực, đặc biệt là đội ngũ chuyên gia, quản lý, hợp tác với các trường đại học để phát triển, xây dựng các chương trình đào tạo mới phù hợp, đáp ứng nhu cầu về nguồn nhân lực cho việc hình thành và phát triển ngành công nghiệp hydro trong tương lai./.

PHAN NGỌC TRUNG; ĐẶNG THANH TÙNG (TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM)

Tài liệu tham khảo:

[1] https://www.climatewatchdata.org/ghg-emissions

[2] Báo cáo cập nhật hai năm một lần lần thứ ba gửi công ước khung của Liên hiệp quốc về Biến đổi khí hậu, Bộ Tài Nguyên Môi trường, 2020.

[3] Climate Change 2021: The Physical Science Basis, IPCC, 2021.

[4] The Future of Hydrogen, IEA, 2019.

[5] Natural hydrogen the fuel of the 21^st century, E3W Web of Conferences 98, 03006, 2019

[6] Hydrogen Economy Outlook, BloombergNEF, 2020.

[7] Hydrogen scaling up, a sustainable pathway for the global energy transition, Hydrogen Council, 2017.

[8] Hydrogen Insight, Hydrogen Council, 2021.

[9] Green Hydrogen cost reduction, IRENA, 2020.