4 cách lưu trữ hydro từ năng lượng tái tạo
Rất ít hóa chất mang nhiều hy vọng và khát vọng như hydro. Trong vài năm qua, nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn hóa học đã từ một từ thông dụng toàn cầu trở thành một trong những lộ trình hứa hẹn nhất đối với ngành công nghiệp khử cacbon, sản xuất điện và vận tải.
Khi việc sản xuất khí sử dụng các nguồn carbon thấp tăng mạnh trên toàn cầu, tầm nhìn về một nền kinh tế chạy bằng hydro xanh phải đối mặt với một số thách thức. Bên cạnh việc mở rộng quy mô sản xuất và giảm chi phí, một trong những thách thức lớn nhất là lưu trữ hydro.
Tại sao lưu trữ năng lượng hydro lại quan trọng?
Hydro có khả năng giải quyết hai thách thức lớn trong nỗ lực toàn cầu nhằm đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Thứ nhất, nó có thể giúp giải quyết vấn đề lâu năm về sự gián đoạn của các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. Bằng cách chuyển đổi năng lượng dư thừa được tạo ra vào những ngày nhiều gió hoặc nắng thành hydro, khí đốt có thể lưu trữ năng lượng tái tạo mà sau đó có thể được gửi đi vào thời điểm nhu cầu cao điểm như một nguồn nhiên liệu sạch để phát điện. Thứ hai, hydro có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch để khử cacbon trong các lĩnh vực mà chỉ điện khí hóa sẽ không đủ, chẳng hạn như sưởi ấm trong nước, công nghiệp, vận chuyển và hàng không.
Vấn đề là, mặc dù là một phương tiện tuyệt vời để lưu trữ năng lượng tái tạo, nhưng bản thân hydro lại khó lưu trữ.
Điều này là do nó có mật độ năng lượng thể tích thấp so với các loại khí khác — chẳng hạn như khí tự nhiên — nghĩa là nó chiếm nhiều không gian hơn đáng kể. Ngoài ra, hydro có điểm sôi gần bằng không tuyệt đối và yêu cầu bảo quản đông lạnh. Và mặc dù nó thường không ăn mòn các thùng chứa, nhưng nó có thể gây ra các vết nứt trên kim loại trong một số điều kiện nhất định.
Dưới đây là bốn giải pháp lưu trữ hydro có thể giúp giải quyết những thách thức này, như Hydrogen Europe đã vạch ra.
Hydro lỏng chủ yếu được sử dụng trong du hành vũ trụ
4 cách lưu trữ hydro tái tạo
1. Lưu trữ hydro địa chất
Một trong những trung tâm lưu trữ năng lượng tái tạo lớn nhất thế giới, Trung tâm lưu trữ năng lượng sạch tiên tiến, hiện đang được xây dựng tại Utah, Hoa Kỳ. Trung tâm này sẽ tập hợp quá trình sản xuất, lưu trữ và phân phối hydro xanh để trình diễn các công nghệ cần thiết cho lưới điện khử cacbon trong tương lai.
Mitsubishi Power, một thương hiệu giải pháp năng lượng của Mitsubishi Heavy Industries (MHI), đang cung cấp công nghệ sản xuất hydro từ năng lượng tái tạo, sau đó sẽ được lưu trữ trong một loạt các hang muối. Chúng sẽ được xây dựng sâu dưới lòng đất trong một mái vòm muối bao phủ hơn 4.800 mẫu Anh. Mỗi hang sẽ có đường kính khoảng 67 mét và cao 580 mét.
Mitsubishi Power cũng tham gia vào một dự án tương tự với Texas Brine ở Hoa Kỳ, nơi muối đang được khai thác từ các hang động khổng lồ để nhường chỗ cho việc lưu trữ hydro.
Lưu trữ khí trong hang muối là một phương pháp đã được thiết lập, cho phép chuyển giao kiến thức dễ dàng. Các lựa chọn khác để lưu trữ địa chất bao gồm các mỏ dầu cạn kiệt và tầng chứa nước.
2. Hydro hóa lỏng
Ngoài việc lưu trữ hydro ở trạng thái khí, nó cũng có thể được lưu trữ dưới dạng chất lỏng. Tập đoàn MHI, cùng với toàn bộ ngành công nghiệp vũ trụ, đã sử dụng hydro hóa lỏng để làm nhiên liệu cho tên lửa trong nhiều năm.
Tuy nhiên, việc lưu trữ hydro lỏng rất phức tạp về mặt kỹ thuật và do đó, từ trước đến nay rất tốn kém.
Hydro phải được làm lạnh đến -253°C và được bảo quản trong các bể cách nhiệt để duy trì nhiệt độ thấp này và giảm thiểu sự bay hơi. Điều này đòi hỏi một nhà máy phức tạp.
Tính phức tạp và chi phí đã hạn chế việc sử dụng hydro hóa lỏng cho đến nay. Một số người dùng lớn nhất bao gồm ngành công nghiệp chip bán dẫn và ứng dụng hydro có lẽ được biết đến nhiều nhất với: làm nhiên liệu tên lửa cho các vụ phóng vào không gian.
Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã nhấn mạnh trong báo cáo hydro gần đây nhất rằng các công nghệ quan trọng như hóa lỏng vẫn cần được mở rộng quy mô. Nó chỉ ra rằng việc ra mắt chuyến hàng hydro hóa lỏng đầu tiên giữa Úc và Nhật Bản vào đầu năm 2022 là một cột mốc quan trọng.
Với sự gia tăng của cung và cầu hydro tái tạo, hiệu quả kinh tế theo quy mô lớn hơn sẽ làm cho quá trình hóa lỏng trở thành một lựa chọn lưu trữ và vận chuyển khả thi hơn.
Khối lượng lớn của hydro có nghĩa là sự đánh đổi giữa không gian và phạm vi vận chuyển
3. Lưu trữ hydro nén
Giống như bất kỳ loại khí nào, hydro cũng có thể được nén và lưu trữ trong các thùng chứa, sau đó được sử dụng khi cần thiết. Tuy nhiên, thể tích của hydro lớn hơn nhiều so với thể tích của các hydrocacbon khác—gần gấp bốn lần so với khí tự nhiên. Do đó, đối với các mục đích xử lý thực tế, hydro cần phải được nén. Ví dụ, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu chạy bằng hydro nén chứa trong các thùng chứa lớn, có áp suất cao.
Nếu một ứng dụng yêu cầu thể tích hydro giảm hơn nữa so với khả năng nén có thể đạt được, thì nó có thể được hóa lỏng. Hai kỹ thuật - nén và hóa lỏng - cũng có thể được kết hợp.
Mật độ năng lượng thấp, khối lượng lớn và nhu cầu lưu trữ đông lạnh của hydro là một trong những rào cản lớn nhất đối với sự phát triển của nó. Điều này đặc biệt đúng đối với các ứng dụng di động như vận tải hạng nặng
