Hydro xanh - niềm hy vọng mới

Đẩy mạnh sản xuất hydro xanh - cuộc đua hai mục đích

Hydro tuy là nguyên tố phổ biến thứ 3 trên trái đất, nhưng lại không có sẵn để khai thác trực tiếp mà phải được tạo ra từ các nguồn sơ cấp ban đầu như nước hoặc các hợp chất hydrocacbon.

Tùy vào phương pháp sản xuất, hydro có thể được phân loại thành 3 nhóm: Grey hydrogen (hydro xám), blue hydrogen (hydro lam) và green hydrogen (hydro xanh). Khi hydro cháy, sản phẩm phụ duy nhất là nước - đó là lý do tại sao hydro là nguồn năng lượng không carbon hấp dẫn trong nhiều thập kỷ.

Hydro xanh được sản xuất thông qua quá trình điện phân, trong đó máy móc tách nước thành hydro và oxy mà không có sản phẩm phụ nào khác. Vì thế, hydro xanh được kỳ vọng là một phần của giải pháp giúp đạt được mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050. 

Ủy ban Chuyển đổi Năng lượng quốc tế cũng cho biết, hydro xanh là một trong bốn công nghệ cần thiết để đáp ứng mục tiêu của Thỏa thuận Paris về giảm hơn 10 gigatonnes carbon dioxide mỗi năm từ các lĩnh vực công nghiệp liên quan nhất, trong đó có khai thác mỏ, xây dựng và hóa chất.

Hydro xanh còn giúp giao thông vận tải giảm gánh nặng phát thải. Tính đa năng của hydro cho phép nó được sử dụng vào các hoạt động vốn rất khó để giảm phát thải khí carbon, như vận tải hạng nặng, hàng không và hàng hải. Hiện đã có một số dự án đang được triển khai trong lĩnh vực này, như dự án Hycarus và Cryoplane do Liên minh châu Âu (EU) triển khai với mục tiêi đưa vào ứng dụng trong ngành hàng không dân dụng.

Việc sản xuất hydro xanh trước đây quá tốn kém do quá trình điện phân tách hydro đòi hỏi rất nhiều điện nên đã không được phát triển mạnh. Tuy nhiên, ngày nay, việc sản xuất hydro xanh  trở nên hiện thực hơn vì các loại năng lượng tái tạo đã mang tính cạnh tranh, đặc biệt là khi giá năng lượng mặt trời giảm trong những năm gần đây, nhờ những tiến bộ trong công nghệ điện phân và pin nhiên liệu.

Luc Poyer, Chủ tịch McPhy - nhà sản xuất máy điện phân và trạm hydro, nhấn mạnh rằng chi phí vận hành máy điện phân cho mỗi MW điện đã giảm mạnh, từ 1,5 triệu euro vào năm 2016 xuống còn 700.000 euro, và tới đây sẽ nhanh chóng giảm xuống còn 300.000 euro.

Các chuyên gia đã dự đoán rằng đến năm 2050, hydro không carbon sẽ chiếm từ 10% đến 15% năng lượng tiêu thụ. Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA) công bố giữa tháng 1/2022, sẽ có khoảng 160 tỉ USD được đầu tư vào lĩnh vực năng lượng tái tạo từ nay đến năm 2030 và một nửa trong số đó dành cho hydro xanh.

Bên cạnh mục tiêu hướng đến một nguồn năng lượng xanh, giảm phát thải khí carbon, cuộc chiến ở Ukraine hiện nay đang vẽ lại bản đồ các tuyến đường vận chuyển dầu trên thế giới, làm thay đổi toàn cảnh nền năng lượng toàn cầu. 

Châu Âu là khu vực nhập khẩu gần như toàn bộ dầu thô và Nga là nhà cung cấp dầu lớn nhất của khu vực này. Trong năm 2020, Nga đã xuất khẩu 26% lượng dầu thô vào khối này. Cùng với đó, EU còn có mức phụ thuộc Nga về nguồn khí đốt lớn hơn nhiều so với dầu. Năm 2021, EU nhập khẩu hơn 40% tổng lượng khí đốt từ Nga.  

Với việc EU thông qua nghị quyết ngày 30/5 nhất trí áp đặt lệnh cấm vận đối với hầu hết hoạt động nhập khẩu dầu mỏ của Nga vào khối này như một phần của các biện pháp trừng phạt mới đối với Matxcova liên quan đến cuộc xung đột Ukraine, hơn 2/3 lượng dầu nhập khẩu từ Nga vào EU sẽ ngay lập tức bị ảnh hưởng. Chủ tịch Ủy ban Châu Âu Ursula von der Leyen cho biết, biện pháp trừng phạt này sẽ cắt giảm hiệu quả khoảng 90% tổng sản lượng dầu mà EU nhập khẩu từ Nga vào cuối năm nay. 

Trong bối cảnh tìm các nguồn cung đủ lớn và phù hợp để thay thế, Chủ tịch Ủy ban châu Âu Ursula von der Leyen cho biết EU, trước mắt, đã đồng ý "đầu tư lớn vào năng lượng tái tạo". 

Thierry Lepercq, tác giả của cuốn sách "Hydro, loại dầu mới" (2019), cho rằng khi đối mặt với tình trạng khẩn cấp của cuộc chiến năng lượng mới này, châu Âu sẽ phải đẩy nhanh việc sản xuất hydro xanh trên quy mô lớn, vì họ đang nhập khẩu đến 1.600 TWh khí đốt của Nga. Giá điện tái tạo có ý nghĩa quyết định vì nó chiếm phần áp đảo trong những tính toán tài chính của các dự án.

Thierry Lepercq, người phát ngôn của tập đoàn HyDeal Ambition cũng có chung nhận định: "Lựa chọn duy nhất mang lại lợi nhuận cho châu Âu là sản xuất điện bằng hydro mà không cần kết nối với mạng lưới điện vốn đã bùng nổ về giá".

Do vậy cuộc chạy đua sản xuất hydro xanh sẽ được thúc đẩy mạnh mẽ, dẫn tới những thay đổi sâu sắc trên bản đồ địa chính trị năng lượng.

Hiện nay, dự án hydro xanh của châu Âu được IRENA đánh giá là có quy mô lớn nhất thế giới, với công suất 67 GW điện phân hydro và 95 GW điện mặt trời ở châu Âu đang quy tụ 30 công ty trong lĩnh vực này, từ các nhà sản xuất máy điện phân như McPhy, các công ty vận chuyển khí đốt cho đến người sử dụng cuối cùng, với sự hỗ trợ tài chính của Ngân hàng Đầu tư châu Âu (EIB).

Công trình đầu tiên được thực hiện thông qua một liên doanh được đặt tại Tây Ban Nha. Đó là các công viên năng lượng mặt trời được lắp đặt trên cao nguyên Castile, Leone và Aragon, được kết nối bằng đường ống đến các lò cao của ArcelorMittal ở Asturias và đến nhà máy sản xuất phân bón Fertiberia.

Một doanh nhân giải thích: "Chúng tôi đạt được mức chi phí sản xuất cạnh tranh là 38 euro/MWh, dựa trên chi phí điện mặt trời là 15 euro/MWh. Trong khi đó, với điện từ mạng lưới châu Âu, mức chi phí có thể lên đến 400 euro/MWh, cao gấp hơn 10 lần".  

Nhiều quốc gia với điều kiện tối ưu về ánh nắng mặt trời, đặc biệt là các nước phía Nam, đang xây dựng các chiến lược đầy tham vọng trong sản xuất hydro xanh.

Những trở ngại chưa thể nhanh chóng vượt qua trong sản xuất hydro xanh

Mặc dù rất có tiềm năng để phát triển nhưng để nhanh chóng đạt đến sản lượng mong muốn, thay thế nguồn nhiên liệu hoá thạch đang sử dụng là chặng đường không ngắn và không dễ nhanh chóng vượt qua.

Những khó khăn đó là:

Thứ nhất, cơ sở hạ tầng. Sẽ cần phải xây dựng các nhà máy điện phân quy mô lớn để đạt được hiệu quả kinh tế dựa vào quy mô và cơ sở hạ tầng (nền tảng logistics, bến cảng, tàu và đường ống). Luc Poyer lưu ý: "Sẽ mất thời gian để xây dựng dây chuyền". Antoine Huard cảnh báo: "Cần thận trọng để không phạm phải sai lầm tương tự như đối với các tấm pin mặt trời, khiến năng suất bị lãng phí vì không được sử dụng hết".

Thứ hai, cần có sự đầu tư lớn, chi phí cao. Năng lượng từ các nguồn tái tạo tuy chính là chìa khóa để tạo ra hydro xanh thông qua điện phân nhưng lại có chi phí sản xuất cao hơn. Việc sản xuất năng lượng hydro nói chung và hydro xanh nói riêng cần nhiều năng lượng hơn các loại nhiên liệu khác, do đó, để tạo ra hydrogen cũng tốn kém hơn nhiều. Các nhà phân tích ước tính rằng giá hydro xanh cần phải giảm một nửa để cạnh tranh với xăng và dầu diesel. 

Một chiếc ô tô chạy bằng hydro có giá cao gấp đôi so với mẫu xe chạy bằng động cơ diesel. Đi kèm với nó là giá nạp nhiên liệu cũng không rẻ. Để lái 500km, sẽ phải mất 50 euro để nạp hydro, đắt gấp đôi so với xe điện.

Thứ ba, rủi ro về môi trường liên quan đến chất tồn dư. Các quốc gia ven biển dựa vào các nhà máy khử mặn, nhưng chúng lại gây ra nhiều rủi ro về môi trường liên quan đến chất tồn dư.

Thứ tư, có những yêu cầu riêng trong việc vận chuyển. Theo IRENA, đến năm 2050, 50% lượng hydro xanh trong giao dịch sẽ được vận chuyển qua đường ống dẫn, trong đó một phần đang được sử dụng để dẫn khí tự nhiên sẽ phải được chuyển đổi về mặt công năng. Ở quy mô châu Âu, theo kế hoạch đến năm 2040, một mạng lưới dài 39.700 km kết nối 21 quốc gia sẽ được thiết lập trong khuôn khổ sáng kiến Đường trục Hydro châu Âu (EHB).

Ở khoảng cách trên 3.000 km, hydro xanh có thể được vận chuyển dưới dạng hóa lỏng - nhưng yêu cầu nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khí tự nhiên (-250°C so với -160°C) - hoặc ở dạng amoniac.

Philippe Boucly, Chủ tịch tập đoàn France Hydrogène, nhận định: "Chúng tôi đang ở những bước đầu và chỉ có một chiếc tàu thử nghiệm với dung tích 1.250 m3 giữa Nhật Bản và Australia". GTT, công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực vận chuyển khí hóa lỏng, đang cùng Shell phát triển dự án với quy mô 10.000 m3 hydro đến năm 2027.

Thứ năm, bảo đảm sự an toàn. Đây cũng là một điểm đáng ngại, bởi hydro xanh là một nguyên tố dễ bay hơi và dễ cháy. Vì thế cần phải có các biện pháp an toàn chi tiết để ngăn ngừa rò rỉ và cháy nổ.