‘Hydrogen xanh’ cần có tên trong ‘chiến lược quốc gia’ của Việt Nam

Nhân tố chính của xã hội năng lượng xanh trong tương lai:

Nhiều ứng dụng của hydrogen mới chỉ được nghiên cứu gần đây, nên hiện tại sự phát triển của công nghệ hydrogen vẫn chưa được triển khai ở quy mô lớn. Với số lượng ngày càng nhiều các nghiên cứu và các dự án khởi xướng, việc sử dụng tiềm năng sinh thái to lớn của nhiên liệu này sẽ được mong đợi trong vài thập kỷ tới.

Các giải pháp sáng tạo mới của công nghệ hydrogen bao gồm sản xuất, lưu trữ, phân phối và sử dụng nó đang thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực công nghiệp.

Hiện nay, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hydrogen là loại nhiên liệu tốt nhất để nạp cho pin nhiên liệu chạy ôtô và tàu thủy vì chỉ thải ra hơi nước và không khí ấm mà không tạo ra khí thải độc hại.

Ngày nay, các tác động của biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng đến môi trường vật chất, hệ sinh thái và nhân loại nói chung, mối quan tâm về tương lai đang trở thành chủ đề toàn cầu chính. Do đó, chính phủ các nước đang thực hiện chính sách bền vững mới nhằm thúc đẩy phát triển nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Tiến bộ ngày càng tăng trong công nghệ hydrogen đã thúc đẩy nhiều nước xây dựng chiến lược hydrogen quốc gia - coi phát triển hydrogen là nhân tố chính của xã hội năng lượng xanh trong tương lai.

Những phát triển gần đây của công nghệ hydrogen cho thấy vị thế xã hội, công nghiệp và môi trường của nó, cũng như giai đoạn chuyển đổi nền kinh tế của cả các nước tiên tiến và các nước đang phát triển.

Một ví dụ về quá trình chuyển đổi năng lượng đang diễn ra là Croatia - quốc gia đang trong quá trình thực hiện chiến lược hydro với tham vọng một ngày nào đó có thể tham gia bình đẳng vào thị trường hydro đang phát triển nhanh chóng.

Hệ thống điện trên khắp thế giới đang thay đổi. Năng lượng tái tạo, chủ yếu dưới dạng năng lượng gió và mặt trời, đang được bổ sung ở khắp mọi nơi, trong khi các dạng năng lượng truyền thống như than, dầu đang bị loại bỏ dần. Việc phát điện bằng khí đốt tự nhiên đã đóng vai trò dẫn đầu trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi năng lượng bằng cách cung cấp khả năng tăng tốc tương đối nhanh chóng và là nguồn năng lượng cơ sở ổn định để dự phòng năng lượng tái tạo không liên tục.

Tuy nhiên, có rất nhiều nghiên cứu và dự án phát triển đang được tiến hành để cuối cùng có thể đẩy khí tự nhiên ra khỏi tổ hợp nhiên liệu. Lý do là khí, giống như các nhiên liệu hóa thạch khác, thải CO2 và các khí thải khác vào khí quyển, mặc dù với khối lượng thấp hơn nhiều so với than và dầu nhiên liệu trên mỗi kWh được sản xuất ra. Một trong những chất bổ sung, hoặc thay thế tiềm năng cho khí tự nhiên sẽ là hydrogen.

Khái niệm về nền kinh tế hydrogen không phải là mới. Nó được dự tính lần đầu tiên ít nhất là vào khoảng những năm 70 của thế kỷ trước, nhưng việc sản xuất hydrogen vào thời kỳ đó đòi hỏi chi phí rất cao khiến phát triển đại trà nó trở nên không thực tế. Điều đó đang thay đổi khi các quốc gia trên thế giới thực hiện các mục tiêu khử các-bon và tăng tỷ trọng nguồn NLTT trong tổ hợp phát điện.

Đã và sẽ xảy ra tình huống trong đó việc cung cấp điện năng của các dự án điện mặt trời và gió là cao, nhưng nhu cầu điện lại thấp, nếu tải đi xa thì phải đầu tư lưới điện quá tốn kém. Thay vì cắt giảm điện năng sản xuất, lượng điện thặng dư có thể được sử dụng để sản xuất “hydrogen xanh” (green hydrogen) thông qua quá trình điện phân nước. “Hydrogen xanh” là hydrogen được sản xuất ra bằng việc sử dụng điện năng của các nguồn NLTT (gió, mặt trời) để điện phân nước.

Vào năm 2019, trên toàn thế giới, sản lượng “Hydrogen xanh” mới chỉ chiếm chưa đến 1% tổng sản lượng hydrogen hàng năm. Tuy nhiên, theo dự báo của Wood Mackezie - một công ty tư vấn năng lượng lớn của Anh, sản lượng “hydrogen xanh” sẽ bùng nổ trong những năm tới. Quy mô của các máy điện phân “hydrogen xanh” đã tăng gần gấp ba lần trong 5 tháng (tính đến tháng 4 năm 2020), lên 8,2 Gigawatt. Sự gia tăng này chủ yếu được thúc đẩy bởi sự triển khai các máy điện phân quy mô lớn, với 17 dự án được lên kế hoạch có công suất 100 Megawatt trở lên. Và không chỉ đơn giản là có nhiều dự án đang được triển khai, mà quy mô trung bình của một hệ thống điện phân có thể sẽ vượt quá 600 Megawatt vào năm 2027.

“Hydrogen xanh” dường như đang được mọi người quan tâm vào lúc này, với ít nhất 10 quốc gia đang tìm kiếm loại khí này để đảm bảo an ninh năng lượng trong tương lai và có thể xuất khẩu. Quốc gia mới nhất nhảy vào cuộc đua là Bồ Đào Nha, vào tháng 5/2021 đã công bố một chiến lược hydrogen quốc gia được cho là trị giá 7 tỷ euro (7,7 tỷ đô la) cho đến năm 2030.

Ngày nay, giá thành “hydrogen xanh” vẫn còn đắt. Trong một báo cáo được công bố vào năm 2019 (sử dụng dữ liệu từ năm 2018), Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đưa ra giá “hydrogen xanh” ở mức 3 đến 7,50 đô la cho một kg, so với 0,90 đến 3,20 đô la cho một kg khí mêtan. Việc cắt giảm chi phí của máy điện phân sẽ rất quan trọng để giảm giá “hydrogen xanh”. IEA cũng cho biết chi phí máy điện phân có thể giảm một nửa vào năm 2040, từ khoảng 840 USD/kilowatt hiện nay.

Sản xuất “hydrogen xanh” đòi hỏi một lượng rất lớn điện năng của các dự án NLTT giá rẻ vì một lượng điện lớn tiêu thụ trong quá trình điện phân. Hiệu suất của máy điện phân nằm trong khoảng từ 60% đến 80%. Thách thức về hiệu suất càng trở nên trầm trọng hơn bởi thực tế là nhiều ứng dụng có thể yêu cầu “hydrogen xanh” để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu, dẫn đến tổn thất thêm.

Hydrogen sản xuất ra, nếu không được sử dụng tại chỗ, sẽ được chuyển đến nơi tiêu thụ dưới dạng khí, hoặc chuyển thành khí ammonia theo mạng lưới đường ống, hoặc vận chuyển bằng xe tải dưới dạng hydrogen lỏng (tại nhiệt độ - 253⁰C), hoặc hydrogen được chuyển hóa thành ammonia lỏng.

Dựa trên khoảng cách và khối lượng hydrogen, chi phí vận chuyển có thể rất khác nhau. Hệ thống đường ống mới được xây dựng (cần lưu ý rằng hydrogen là chất dễ cháy và dễ nổ nên hợp kim sử dụng làm đường ống và thực hiện các mối hàn cần hết sức cẩn trọng để đảm bảo hệ thống vận hành được an toàn, tin cậy) được cho là giải pháp rẻ nhất để vận chuyển hydrogen trên mỗi đơn vị vận chuyển.

Hydrogen có thể được lưu trữ theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào trạng thái của nó (thể khí, lỏng, hay rắn). Ví dụ, hydro có thể được lưu trữ trong các kho chứa trong hang đá, hoặc bể điều áp. Ngoài ra, còn có các lựa chọn lưu trữ sử dụng chất mang hydrogen trung gian. Phụ thuộc vào thời gian và khối lượng lưu trữ hydrogen, chi phí lưu trữ có thể rất khác nhau.

Hydrogen trong xu thế chuyển dịch năng lượng Việt Nam:

Như đã phân tích, tiến bộ ngày càng tăng trong công nghệ hydrogen đã thúc đẩy nhiều nước xây dựng chiến lược hydrogen quốc gia - coi phát triển hydrogen là “nhân tố chính của xã hội năng lượng xanh” trong tương lai, do đó, Việt Nam không nên là một ngoại lệ và đã đến lúc (cùng với các nguồn năng lượng sạch khác) nguồn nhiên liệu xanh này cần có tên trong “chiến lược quốc gia”.

Như chúng ta đều biết, ở Việt Nam, việc phát triển các nguồn điện gió, mặt trời tại các vùng có tiềm năng lớn đã gặp phải vấn đề về nghẽn mạch truyền tải trong ngắn hạn và bài toán truyền tải đi xa chắc chắn rất tốn kém. Tiềm năng điện gió ngoài khơi của chúng ta được đánh giá rất lớn, nhưng bài toán truyền tải điện vào bờ, cũng như tới các trung tâm phụ tải nằm ở xa các nguồn này cũng sẽ gặp phải thách thức trên.

Do đó, thời gian gần đây một số nhà đầu tư đã có ý tưởng phát triển dự án điện gió ngoài khơi để sản xuất hydrogen và vận chuyển vào bờ cho các nhu cầu công nghiệp, giao thông, v.v... Thiết nghĩ, định hướng này cần được Chính phủ khuyến khích, động viên để Việt Nam có thể sớm tham gia vào xu thế chuyển dịch năng lượng với nguồn “hydrogen xanh” này./.

TS. NGUYỄN MẠNH HIẾN - HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

1/ Hydrogen and the Energy Transition (Power Magazine).

2/ Hydrogen in Energy Transition (ScienceDirect).