Chống Biến Đổi Khí Hậu: Vai Trò của Hydro Xanh

Hiện nay, nhân loại đang phải đối mặt với một thách thức cam go: bảo vệ Trái Đất để ngăn chặn những hậu quả tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu. Các chuyên gia cho rằng, để ngăn nhiệt độ toàn cầu (tăng) không quá 1,5 độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp, lượng khí thải carbon toàn cầu phải giảm xuống mức 0 vào năm 2050. Để đạt được mục tiêu này, đòi hỏi nhiều giải pháp khác nhau. Trong đó, hydro xanh (hydrogen xanh) đang nổi lên như một lựa chọn hứa hẹn. Hydro xanh là hydro được sản xuất hoàn toàn từ nguồn năng lượng tái tạo.

Lợi ích của Hydro Xanh. Ưu điểm của hydro xanh là khả năng đốt cháy sạch, giúp giảm thiểu lượng khí thải carbon trong các ngành công nghiệp khó khăn, chẳng hạn như sản xuất hóa chất, sắt, thép và vận tải đường dài. Ngoài ra, hydro xanh còn có thể được sử dụng để sưởi ấm nhà cửa và lưu trữ điện năng tái tạo, vốn thường bị lãng phí nếu không được sử dụng. Sử dụng hydro xanh là điều cần thiết để đạt được mục tiêu phát thải carbon bằng 0. Đây là giải pháp giúp giảm 50-60% tổng lượng khí thải trên thế giới, bởi vì nhiều ngành công nghiệp và sản phẩm phụ khác nhau vẫn tạo ra khí thải và không liên quan đến năng lượng tái tạo. Thách thức của Hydro Xanh. Tuy nhiên, sản xuất hydro xanh vẫn là một thách thức. Hydro là một nguyên tố rất dễ phản ứng, không tồn tại sẵn trong tự nhiên mà chỉ tồn tại dưới dạng hợp chất với các nguyên tố khác. Ví dụ, nước là sự kết hợp của hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Do đó, để sản xuất hydro, cần phải tách chúng ra từ các hợp chất tự nhiên như nước. Đây là một quá trình đòi hỏi nhiều năng lượng. Mặc dù bản thân hydro là một phân tử sạch, nhưng phần lớn hydro được sản xuất ở Mỹ hiện nay lại được chiết xuất từ nhiên liệu hóa thạch theo một quy trình gây ô nhiễm nặng. Trên toàn cầu, sản xuất hydro thải ra khoảng 843 triệu tấn khí CO2 mỗi năm, tương đương với lượng khí thải CO2 hàng năm của Indonesia và Vương quốc Anh cộng lại. Đây là lý do tại sao hydro xanh trở nên hấp dẫn hơn nhiều.

Chi phí và Giải pháp. Hiện tại, sản xuất hydro xanh vẫn còn rất đắt đỏ. Bên cạnh đó, vẫn còn một số thách thức khác cần khắc phục, chẳng hạn như thiếu cơ sở hạ tầng vận chuyển và lưu trữ hydro, đồng thời giá thành của pin nhiên liệu (thiết bị chuyển đổi hydro thành năng lượng cho ô tô) vẫn rất cao. Tuy nhiên, các giải pháp đang được đưa ra và việc vượt qua những thách thức này có thể thúc đẩy thị trường hydro lên tới 2,5 nghìn tỷ USD doanh thu trực tiếp vào năm 2050.

Bên cạnh vấn đề cơ sở hạ tầng, một nhược điểm thường được nhắc đến về nhiên liệu hydro là hiệu suất thấp. Điều này là do trong quá trình sản xuất, vận chuyển, phân phối và chuyển đổi thành điện trong pin nhiên liệu, hydro đã mất đến 70% hiệu suất. Tuy nhiên, thách thức này được giảm nhẹ một phần bởi thực tế hydro có mật độ năng lượng cao, nghĩa là nó có thể chứa nhiều năng lượng trong một thể tích nhỏ. Cụ thể, 1 kg hydro cung cấp lượng năng lượng tương đương với 1 gallon xăng. Điểm khác biệt nằm ở quá trình chuyển đổi hydro thành năng lượng để vận hành xe. Quá trình này hiệu quả gấp 2 đến 3 lần so với đốt cháy xăng vì đây là phản ứng điện hóa, không phải quá trình đốt cháy, nên hiệu suất cao hơn nhiều. Do đó, chi phí hydro hiện tại có thể được giảm xuống khoảng một nửa hoặc thậm chí hai phần rưỡi. Mục tiêu là đưa giá thành xe sử dụng hydro xuống ngang bằng với giá xe sử dụng nhiên liệu lỏng hiện nay, chẳng hạn như xăng và dầu diesel. Giá Thành của Hydro và Pin Nhiên Liệu. Cùng với giá hydro, chi phí của các bộ phận và lưu trữ trong xe pin nhiên liệu cũng cần giảm xuống. Hiện tại, việc sản xuất pin nhiên liệu mà không có trợ cấp của chính phủ hoặc can thiệp nào khác vẫn rất tốn kém, với giá thành có thể lên tới 50.000 USD/chiếc. Hydro cần được lưu trữ dưới áp suất rất lớn, đòi hỏi phải có bình chứa đắt tiền và chịu được áp lực cực cao. Những phát triển mới đang giúp công nghệ pin nhiên liệu và lưu trữ hydro trở nên tiết kiệm hơn, nhưng việc mở rộng quy mô sẽ cần thời gian. Công ty Kubogen đang nghiên cứu vật liệu lưu trữ hydro mới, cho phép chứa nhiều hydro hơn gấp 4-5 lần trong cùng một không gian. Điều này giúp giảm kích thước bình chứa, tăng phạm vi hoạt động hoặc kết hợp cả hai. Toàn bộ hệ thống mới này dự kiến sẽ có giá thành rẻ hơn 4-5 lần so với hệ thống 700 bar hiện tại. Hydro: Lưu Trữ Năng Lượng Tái Tạo. Một ứng dụng khác của hydro khiến các chuyên gia chú ý là khả năng sử dụng nó để lưu trữ năng lượng tái tạo, vốn thường bị lãng phí. Sự xuất hiện của hydro trên thị trường hiện nay là do thực tế rằng chúng ta có quá nhiều năng lượng tái tạo trên lưới điện ở những nơi như California và Texas, điều mà 15 năm trước không có. Tuy nhiên, với lượng lớn năng lượng tái tạo này trên lưới điện, hiện tượng curtailment (giảm tải) đáng kể đang diễn ra, đây là tín hiệu thị trường cho thấy chúng ta cần có giải pháp lưu trữ. Vì vậy, lý do hydro được chú ý hiện nay là vì mọi người nhận ra nó thực sự là cách lý tưởng để lưu trữ năng lượng tái tạo trong thời gian dài. Mitsubishi Power cùng với công ty lưu trữ nhiên liệu Magnum Development đang triển khai dự án ở Utah, hứa hẹn xây dựng cơ sở lưu trữ 1.000 megawatt năng lượng sạch, một phần bằng cách lưu trữ hydro trong các hang muối. Dự kiến đi vào hoạt động vào năm 2025, dự án lưu trữ năng lượng sạch tiên tiến này sẽ trở thành hệ thống lưu trữ năng lượng sạch lớn nhất thế giới. Hydro được lưu trữ trong các mỏ muối sẽ được sử dụng bởi nhà máy điện Intermountain Power Project ở Delta, Utah, nhà máy nhiệt điện than cuối cùng cung cấp điện cho bang California và dự kiến ngừng hoạt động vào năm 2025. Intermountain Power đã chọn thiết bị của Mitsubishi Power để cải tạo nhà máy điện này bằng tua bin khí. Tuy nhiên, họ yêu cầu đây phải là những tua bin khí hạng nặng đầu tiên có thể cung cấp năng lượng này bằng hỗn hợp khí tự nhiên và hydro. Browning cho biết ban đầu các tua bin khí sẽ sử dụng 30% hydro và 70% khí tự nhiên, nhưng mục tiêu là sử dụng 100% hydro xanh vào năm 2045.