Các nhà nghiên cứu của MIT phác thảo một lộ trình để mở rộng quy mô sản xuất hydro sạch
Hydro là thành phần không thể thiếu để sản xuất thép, phân bón và một số hóa chất. Sản xuất hydro bằng điện tái tạo mang đến một cách để làm sạch những ngành này và nhiều ngành công nghiệp khó khử cacbon khác.
Nhưng việc hỗ trợ ngành công nghiệp hydro sạch còn non trẻ đồng thời đảm bảo ngành này phát triển thành động lực thực sự cho quá trình khử cacbon là điều phức tạp, phần lớn là do những thách thức trong việc tìm nguồn cung cấp điện sạch. Để hỗ trợ các cơ quan quản lý và làm rõ những bất đồng trong lĩnh vực này, các nhà nghiên cứu của MIT đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature Energy vạch ra con đường mở rộng quy mô ngành công nghiệp hydro sạch đồng thời hạn chế lượng khí thải.
Hiện tại, lưới điện của Hoa Kỳ chủ yếu được cung cấp năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch, vì vậy nếu việc mở rộng quy mô sản xuất hydro dẫn đến sử dụng nhiều điện hơn, điều đó có thể dẫn đến lượng khí thải tăng lên đáng kể. Ngoài ra còn có nguy cơ là các dự án hydro “cacbon thấp” cuối cùng có thể tiêu thụ năng lượng tái tạo mà lẽ ra lẽ ra phải được xây dựng cho lưới điện.
Thế còn việc chúng tôi đồng tổ chức một hội thảo trực tuyến thì sao ? Hãy giáo dục, thu hút và chuyển đổi nền kinh tế hydro!
Hydrogen Central là tạp chí trực tuyến toàn cầu về nền kinh tế hydro, chúng tôi có thể giúp bạn tổ chức các hội thảo trên web có sức ảnh hưởng lớn, trở thành tài liệu tham khảo toàn cầu về chủ đề của bạn và là nguồn khách hàng tiềm năng thường xuyên.
Do đó, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng hydro carbon thấp có thể mua được điện từ năng lượng tái tạo “bổ sung”, đặc biệt khi việc sản xuất hydro được hỗ trợ bởi trợ cấp công. Thách thức là cho phép các nhà sản xuất hydro mua điện tái tạo theo cách tiết kiệm chi phí để giúp ngành phát triển, đồng thời giảm thiểu rủi ro phát thải cao.
Các cơ quan quản lý Hoa Kỳ đã được giao nhiệm vụ giải quyết sự phức tạp này. Đạo luật Giảm lạm phát (IRA) đang cung cấp các khoản tín dụng thuế sản xuất hào phóng cho hydro có hàm lượng carbon thấp. Nhưng luật không quy định chính xác cách đánh giá lượng khí thải carbon của hydro.
Để đạt được mục đích này, bài viết đề xuất một cách tiếp cận theo từng giai đoạn để đủ điều kiện nhận các khoản tín dụng thuế. Trong giai đoạn đầu tiên, hydro được tạo ra từ điện lưới có thể nhận được tín dụng theo tiêu chuẩn lỏng lẻo hơn khi ngành này có chỗ đứng vững chắc. Một khi nhu cầu điện để sản xuất hydro tăng lên, ngành công nghiệp cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn chặt chẽ hơn để đảm bảo điện được lấy từ các nguồn tái tạo. Cuối cùng, trong nhiều năm nữa khi lưới điện chủ yếu được cung cấp năng lượng tái tạo, các tiêu chuẩn có thể lại được nới lỏng.
Các nhà nghiên cứu cho biết cách tiếp cận đa sắc thái đảm bảo luật hỗ trợ sự phát triển của hydro sạch mà không phải trả giá bằng lượng khí thải.
Michael Giovanniello , sinh viên tốt nghiệp Chương trình Chính sách và Công nghệ của MIT cho biết:
Nếu chúng ta có thể mở rộng quy mô sản xuất hydro carbon thấp, chúng ta có thể cắt giảm một số nguồn phát thải đáng kể hiện có và cho phép khử cacbon trong các ngành công nghiệp quan trọng khác.
“Đồng thời, có nguy cơ thực sự là thực hiện sai các yêu cầu và lãng phí rất nhiều tiền để trợ cấp cho việc sản xuất hydro sử dụng nhiều carbon. Vì vậy, bạn phải cân bằng việc mở rộng quy mô ngành với việc giảm nguy cơ phát thải. Tôi hy vọng có sự rõ ràng và tầm nhìn xa trong cách thực hiện chính sách này và tôi hy vọng bài viết của chúng tôi sẽ đưa ra lập luận rõ ràng cho các nhà hoạch định chính sách.”
Các đồng tác giả của Giovanniello trên bài báo là Nhà khoa học nghiên cứu chính của Sáng kiến Năng lượng MIT (MITEI) Dharik Mallapragada, Trợ lý nghiên cứu MITEI Anna Cybulsky và Giảng viên cao cấp của Trường Quản lý MIT Sloan, Tim Schittekatte.
Về định nghĩa và những bất đồng
Khi điện tái tạo từ trang trại gió hoặc mảng năng lượng mặt trời chạy qua lưới điện, nó sẽ hòa trộn với điện từ nhiên liệu hóa thạch. Tình hình này đặt ra một câu hỏi trị giá hàng tỷ đô la trong khoản tín dụng thuế liên bang: Lượng khí thải carbon dioxide của những người sử dụng lưới điện cũng đang ký thỏa thuận mua điện từ năng lượng tái tạo là bao nhiêu?
Một cách để trả lời câu hỏi này là thông qua các mô hình hệ thống năng lượng có thể mô phỏng các tình huống khác nhau liên quan đến cấu hình công nghệ và các yêu cầu đủ điều kiện để nhận tín dụng.
Cho đến nay, nhiều nghiên cứu sử dụng các mô hình như vậy đã đưa ra những ước tính lượng khí thải rất khác nhau trong quá trình sản xuất hydro điện phân. Một nguồn gốc của sự bất đồng là về vấn đề “khớp thời gian”, đề cập đến việc điều chỉnh chặt chẽ thời gian sản xuất hydro điện với việc sản xuất điện sạch như thế nào. Một phương pháp được đề xuất, được gọi là khớp thời gian theo giờ, sẽ yêu cầu lượng điện tiêu thụ để sản xuất hydro phải được tính bằng điện sạch được mua mỗi giờ.
Một cách tiếp cận ít nghiêm ngặt hơn, được gọi là khớp thời gian hàng năm, sẽ mang lại sự linh hoạt hơn trong việc tiêu thụ điện hàng giờ cho sản xuất hydro, miễn là mức tiêu thụ hàng năm phù hợp với sản lượng hàng năm từ sản xuất điện sạch được mua sắm. Tính linh hoạt bổ sung có thể làm giảm chi phí sản xuất hydro, điều này rất quan trọng để mở rộng quy mô sử dụng, nhưng có thể dẫn đến lượng khí thải lớn hơn trên mỗi đơn vị hydro được sản xuất.
Một điểm bất đồng khác bắt nguồn từ cách các nhà sản xuất hydro mua điện tái tạo. Nếu một người sử dụng điện mua năng lượng từ một trang trại năng lượng mặt trời hiện có, điều đó chỉ đơn giản là làm tăng nhu cầu điện tổng thể và lấy đi năng lượng sạch của những người dùng khác.
Nhưng nếu các khoản tín dụng thuế chỉ dành cho các nhà sản xuất điện hydro ký hợp đồng mua bán điện với các nhà cung cấp năng lượng tái tạo mới, thì họ đang hỗ trợ nguồn điện sạch mà lẽ ra sẽ không đóng góp cho lưới điện. Khái niệm này được gọi là “tính bổ sung”.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích các nghiên cứu trước đây đã đưa ra những kết luận trái ngược nhau và xác định những cách giải thích khác nhau về tính bổ sung làm cơ sở cho các phương pháp của họ. Một cách giải thích bổ sung là các dự án hydro điện phân mới không cạnh tranh với nhu cầu phi hydro về nguồn năng lượng tái tạo. Nhóm còn lại cho rằng họ cạnh tranh để giành được tất cả các nguồn năng lượng tái tạo mới được triển khai - và do trợ cấp hydro có hàm lượng carbon thấp nên các máy điện phân được ưu tiên.
Bằng cách sử dụng DOLPHYN, một mô hình hệ thống năng lượng nguồn mở, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra xem hai cách giải thích về tính bổ sung này (kịch bản “cạnh tranh” và “không cạnh tranh”) tác động như thế nào đến chi phí và lượng phát thải của các yêu cầu thay thế phù hợp với thời gian (hàng giờ và hàng năm) liên quan đến sản xuất hydro nối lưới.
Họ đã lập mô hình hai lưới điện khu vực của Hoa Kỳ – ở Texas và Florida – đại diện cho cấp độ cao và cấp thấp trong việc triển khai năng lượng tái tạo. Họ đã thử nghiệm thêm sự tương tác của bốn yếu tố chính sách quan trọng với các khoản tín dụng thuế hydro, bao gồm các tiêu chuẩn danh mục năng lượng tái tạo, các hạn chế về năng lượng tái tạo và triển khai lưu trữ năng lượng, giới hạn về các yếu tố công suất điện phân hydro và cạnh tranh với hydro dựa trên khí đốt tự nhiên có khả năng thu hồi carbon.
Họ cho thấy rằng các cách giải thích mô hình khác nhau về tính bổ sung là yếu tố chính giải thích các ước tính rất khác nhau về lượng phát thải từ hydro điện phân theo thời gian khớp hàng năm.
Thực hiện đúng chính sách
Bài viết kết luận rằng cách đúng đắn để thực hiện các yêu cầu đủ điều kiện về tín dụng thuế sản xuất phụ thuộc vào việc bạn tin rằng chúng ta đang sống trong một thế giới “cạnh tranh” hay “không cạnh tranh”. Nhưng thực tế không phải là nhị phân như vậy.
Mallapragada cho biết: “Khuôn khổ nào phù hợp hơn sẽ thay đổi theo thời gian khi chúng tôi triển khai nhiều hydro hơn và lưới điện khử cacbon, do đó, chính sách phải thích ứng với những thay đổi đó”. “Đó là một câu chuyện đang phát triển gắn liền với những gì đang xảy ra trong phần còn lại của hệ thống năng lượng và đặc biệt là lưới điện, cả từ góc độ công nghệ cũng như chính sách.”
Việc triển khai năng lượng tái tạo được thúc đẩy một phần bởi các yếu tố ràng buộc, chẳng hạn như các tiêu chuẩn danh mục năng lượng tái tạo của nhà nước và các cam kết năng lượng sạch của doanh nghiệp, cũng như bởi các lực lượng thị trường thuần túy. Vì máy điện phân còn quá non trẻ và ngày nay giống như một thế giới “không cạnh tranh”, nên các nhà nghiên cứu lập luận rằng nên bắt đầu với yêu cầu hàng năm ít nghiêm ngặt hơn.
Nhưng khi nhu cầu hydro cho điện tái tạo tăng lên và sự cạnh tranh trên thị trường thúc đẩy số lượng triển khai năng lượng tái tạo ngày càng tăng, việc chuyển sang kết hợp theo giờ sẽ là cần thiết để tránh lượng khí thải cao.
Cách tiếp cận theo từng giai đoạn này đòi hỏi phải có kế hoạch dài hạn, có chủ ý từ các cơ quan quản lý. Giovanniello giải thích: “Nếu các cơ quan quản lý đưa ra quyết định và không nêu rõ thời điểm họ sẽ đánh giá lại quyết định đó, họ có thể không bao giờ đánh giá lại quyết định đó, vì vậy chúng ta có thể bị mắc kẹt trong một chính sách tồi”. Đặc biệt, bài viết nhấn mạnh nguy cơ bị ràng buộc trong yêu cầu khớp thời gian hàng năm dẫn đến lượng phát thải đáng kể trong tương lai.
Các nhà nghiên cứu hy vọng những phát hiện của họ sẽ góp phần đưa ra các quyết định chính sách sắp tới xung quanh các khoản tín dụng thuế của Đạo luật Giảm lạm phát. Họ bắt đầu xem xét câu hỏi này khoảng một năm trước, khiến nó nhanh chóng được cải thiện theo tiêu chuẩn học thuật.
Mallapragada nói: “Chắc chắn chúng tôi có ý thức phải phân tích kịp thời để đáp ứng nhu cầu của chính sách”.
Các nhà nghiên cứu cho biết bài báo này cũng có thể giúp các nhà hoạch định chính sách hiểu được tác động phát thải của các công ty mua tín dụng năng lượng tái tạo để đáp ứng các mục tiêu không phát thải và các nhà cung cấp điện đang cố gắng bán điện “xanh”.
Schittekatte nói: “Câu hỏi này có liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau. “Các ví dụ phổ biến khác là tác động phát thải của các trung tâm dữ liệu mua năng lượng xanh hoặc thậm chí tác động phát thải của việc cung cấp năng lượng cho ô tô điện của chính bạn từ năng lượng mặt trời trên mái nhà và lưới điện. Rõ ràng có sự khác biệt dựa trên công nghệ được đề cập, nhưng câu hỏi nghiên cứu cơ bản mà chúng tôi đã trả lời là giống nhau. Đây là một chủ đề cực kỳ quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng.”
Các nhà nghiên cứu của MIT vạch ra lộ trình mở rộng quy mô sản xuất hydro sạch
