Hydro – nhiên liệu của tương lai?

Với vô vàn ứng dụng, hydro đang được kỳ vọng trở thành nguồn nhiên liệu sạch của tương lai và có thể chiếm từ 12% đến 20% nhu cầu năng lượng toàn cầu vào năm 2050.

Hydro có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống như thay thế cho xăng làm nhiên liệu cho động cơ tên lửa và ô tô, dùng trong đèn xì oxy-hydro để hàn cắt kim loại, làm nguyên liệu để sản xuất amoniac, axit clohydric và nhiều hợp chất hữu cơ, dùng làm chất khử để điều chế kim loại từ những oxit của chúng, dùng để bơm vào khinh khí cầu… Thậm chí, những ứng dụng và chức năng mới của hydro vẫn đang được con người tiếp tục khám phá.

Nhân viên tại cơ sở thử nghiệm sản xuất hydro từ năng lượng tái tạo tại Fukushima, Nhật Bản

AFP

Có nhiều loại hydro khác nhau như hydro xám, hydro xanh, hydro hồng (được tạo ra bằng năng lượng hạt nhân), hydro đen/nâu (được tạo ra bằng than hoặc than non) và hydro trắng (tự nhiên). Trong đó, hydro xám là dạng hydro phổ biến nhất hiện nay, được tạo ra từ khí tự nhiên (thường là khí mê-tan) và hiện chiếm 95% thị trường với sản lượng trên toàn thế giới đạt 90 triệu tấn. Tuy nhiên, hydro xám lại là dạng hydro kém bền vững nhất.

Hydro xanh hay còn được gọi là GH2, được sản xuất từ năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời, gió, nước, thậm chí hạt nhân), vẫn còn ở giai đoạn sơ khai nhưng tiềm năng phát triển lại rất lớn bởi có lượng khí thải carbon rất thấp, có nhiều ứng dụng tiềm năng trong việc giảm thiểu khí thải carbon trong các ngành điện hóa như sản xuất thép, xi măng, đồng thời góp phần hạn chế tác động của biến đổi khí hậu.

Các chuyên gia trong ngành đánh giá, hydro xanh là giải pháp sạch 100% và dự kiến sản lượng sẽ tăng lên đáng kể trong tương lai khi các nước tập trung đầu tư lớn nhằm giải quyết bài toán năng lượng cũng như vấn đề biến đổi khí hậu vốn vô cùng nóng bỏng hiện nay. Hydro xanh đang trở thành một phần của giải pháp giúp đạt được mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050.

Lợi ích của nhiên liệu hydro

Lợi ích hàng đầu của việc sử dụng hydro làm nhiên liệu là không phát thải khí CO ₂. Khi phản ứng với oxy, hydro chỉ tạo ra điện, nước và nhiệt.

Thứ hai, hydro tạo ra mật độ năng lượng cao, giúp mở ra tiềm năng sử dụng hydro như một nguồn tài nguyên phục vụ nhu cầu năng lượng lâu dài của chúng ta.

Thứ ba, hydro có tiềm năng lưu trữ lớn. Lượng năng lượng được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió có xu hướng dao động do điều kiện thời tiết. Việc kết hợp các giải pháp lưu trữ năng lượng với năng lượng tái tạo giúp giảm thiểu sự gián đoạn quá trình sản xuất năng lượng tái tạo và hydro cung cấp khả năng lưu trữ hiệu quả.

Việc chuyển đổi năng lượng tái tạo thành hydro thông qua quá trình điện phân cho phép nó được lưu trữ và sử dụng sau này, đồng thời giúp ổn định lưới năng lượng. Hơn nữa, hydro có thể được lưu trữ trong thời gian dài mà không bị thất thoát đáng kể như các loại năng lượng khác.

Một đoàn tàu chạy bằng hydro được tiếp nhiên liệu tại Wegberg, Đức

AFP

Thứ tư, hydro là nguồn nhiên liệu công nghiệp quan trọng, ứng dụng trong gia công kim loại và sản xuất thủy tinh. Hiện nay có nhiều sáng kiến trong việc sử dụng hydro làm nhiên liệu trong ngành công nghiệp như nhà sản xuất thép ArcelorMittal của Ấn Độ đang phát triển sản xuất quy mô công nghiệp và sử dụng Sắt khử trực tiếp (DRI) được làm bằng 100% hydro.

Thứ năm, hydro có tiềm năng phát triển to lớn, bằng chứng là nhiều nước đang tăng cường đầu tư vào hydro. Cơ sở dữ liệu các dự án hydro của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho thấy chỉ riêng thị trường hydro xanh trị giá 676 triệu USD vào năm 2022 và được dự đoán sẽ đạt 7,3 tỉ USD vào năm 2027. Đạo luật Giảm lạm phát (IRA) ở Mỹ cũng đưa ra các khoản trợ cấp đáng kể để sản xuất hydro xanh, dự kiến sẽ tiếp tục đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng của thị trường.

Hydro xanh, nguồn nhiên liệu trọng điểm

Ngày nay, nhờ những tiến bộ về công nghệ điện phân và pin nhiên liệu, việc sản xuất hydro xanh không còn là khoa học viễn tưởng và nó đang dần trở thành nguồn năng lượng của hiện tại và tương lai.

Theo báo cáo về địa chính trị của Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA), từ năm 2022 đến 2030 sẽ có khoảng 160 tỉ USD được đầu tư vào lĩnh vực năng lượng tái tạo và một nửa trong số đó dành cho hydro xanh. IRENA cũng ước tính mức tiêu thụ hydro hàng năm sẽ tăng từ 100 triệu tấn hiện nay lên hơn 600 triệu tấn năm 2050 với ước tính quy mô thị trường vào khoảng 700 tỉ USD.

Nhà máy hydro xanh của công ty Iberdrola tại Puertollano, Tây Ban Nha

AFP

Năm 2017, chỉ có Nhật Bản lên kế hoạch đầu tư cho hydro nhưng hiện nay đã có khoảng 40 quốc gia có kế hoạch phát triển loại năng lượng này. Trong 6 năm qua, một liên minh khổng lồ gồm các chính phủ và các công ty đã cùng tập hợp để thúc đẩy phát triển nền kinh tế dựa trên hydro. Chính phủ các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh, Mỹ, Trung Quốc hay Liên minh châu Âu đều có chiến lược hydro và thường xuyên công bố các dự án mới liên quan.

Các công ty cũng đang tìm cách phát triển các trung tâm hydro. Việc xây dựng trung tâm hydro xanh quy mô công nghiệp đầu tiên trên thế giới đang được tiến hành ở trung tâm bang Utah (Mỹ) và sẽ đi vào hoạt động vào năm 2025.

Đối với lĩnh vực khai thác mỏ, hydro xanh sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình chuyển đổi sang hệ thống năng lượng tái tạo. Ông Andrew Wilson, Giám đốc phụ trách Úc và New Zealand của công ty dịch vụ tư vấn dss cho biết: “Nhiều công ty khai thác mỏ đang tích cực khám phá và thúc đẩy một loạt sáng kiến nhằm ứng dụng hydro xanh trong chiến lược năng lượng và kinh doanh mới của mình”.

Thách thức và rủi ro

Kỹ sư lắp ráp xe buýt chạy bằng hydro tại nhà máy ở Albi, Pháp

AFP

Tuy nhiên, việc phát triển hydro xanh như một nguồn năng lượng của tương lai cũng đứng trước nhiều thách thức và rủi ro không nhỏ. Vấn đề đặt ra là mặc dù các giải pháp hydro có thể khả thi về mặt kỹ thuật nhưng liệu nó có thực sự là một nguồn năng lượng đáng giá để đầu tư hay không?

Một số chuyên gia cho rằng sử dụng hydro để làm năng lượng dự trữ cực kỳ kém hiệu quả. Với công nghệ hiện tại, sản xuất hydro từ nước bằng phương pháp điện phân tiêu thụ nhiều năng lượng hơn năng lượng sẽ được lưu trữ. Các thiết bị điện phân lại khá đắt đỏ. Hơn nữa, dù hydro có thể cháy sạch, nhưng nó bất tiện vì đặc tính ăn mòn, năng lượng thấp trên một đơn vị thể tích và có xu hướng phát nổ. Việc lưu trữ và vận chuyển hydro cũng đòi hỏi phải có sự đầu tư lớn về phương tiện vận chuyển chuyên dụng, đường ống, trạm nạp hoặc cơ sở để chuyển đổi hydro thành dạng amoniac ổn định hơn.

Bên cạnh đó, chi phí cho việc xây dựng phát triển hydro thành nguồn năng lượng trong những thập niên tới có thể lên tới hàng chục nghìn tỉ USD, cộng với chi phí đầu tư vào sản xuất, vận chuyển và tiêu thụ hydro cũng là thách thức không nhỏ.