Cách mạng hóa nền kinh tế điện gió ngoài khơi với sản xuất hydro trực tiếp từ nước biển tại nguồn
Cách mạng hóa nền kinh tế điện gió ngoài khơi với sản xuất hydro trực tiếp từ nước biển tại nguồn
Nhu cầu về hydro xanh đang tăng lên khi ngày càng nhiều ngành công nghiệp và doanh nghiệp tìm kiếm các giải pháp thay thế cho hydro 'bẩn' hiện nay được sản xuất trên bờ bằng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Frazer Ely, Tổng giám đốc điều hành kiêm Nhà sáng lập Latent Drive, giải thích về một công nghệ mới sáng tạo cho phép các nhà máy điện ngoài khơi sản xuất hydro xanh giá rẻ tại nguồn và ở quy mô lớn - làm tăng đáng kể giá trị các dự án ngoài khơi của họ.
Điện ngoài khơi và cuộc cách mạng hydro xanh
Vào năm 2023, 97 triệu tấn hydro (trị giá 100 tỷ đô la) đã được sử dụng trên toàn cầu, chủ yếu trong sản xuất phân bón và các quy trình hóa học. Hầu như toàn bộ nhu cầu đó (99%) được đáp ứng bằng hydro 'bẩn', có nguồn gốc trực tiếp từ nhiên liệu hóa thạch và nguyên liệu đầu vào, hoặc thông qua quá trình điện phân sử dụng điện không tái tạo. Sản xuất hydro bẩn thải ra hơn 1Gt khí thải CO2 mỗi năm.
Đó là lý do tại sao, khi thế giới tiếp tục chuyển sang các hoạt động bền vững và khử cacbon hơn, nhu cầu về hydro "xanh" - được sản xuất bằng các nguồn năng lượng tái tạo - đang tăng lên.
Cũng như thay thế hydro bẩn trong các dây chuyền sản xuất hóa chất, hydro xanh cũng ngày càng được lựa chọn để thay thế trực tiếp cho năng lượng bẩn. Ví dụ, hydro xanh có thể được sử dụng để khử cacbon trong sản xuất thép và làm nhiên liệu cho tàu biển và máy bay.
Vậy tại sao chỉ có 1% hydro chúng ta sản xuất là "xanh"? Nói một cách đơn giản, đó là chi phí. Hydro xanh có giá thành quá cao và vẫn nằm ngoài tầm với của hầu hết các tổ chức, với giá khoảng 5-6 đô la/kg, gần gấp ba lần chi phí sản xuất hydro của các nhà máy sản xuất bẩn.
Hydro xanh: các nhà máy thông thường tốn kém để vận hành
Có một số lý do tại sao sản xuất hydro xanh hiện nay lại tốn kém. Trong phương pháp điện phân thông thường, thường được thực hiện tại các địa điểm trên bờ, các máy điện phân chiết xuất khí bằng các thành phần được làm từ khoáng chất nhóm bạch kim hiếm, rất tốn kém để có được, không bền vững và là chủ đề của các mối quan ngại ngày càng tăng về mặt đạo đức.
Gần 70% chi phí sản xuất hydro xanh là năng lượng sử dụng trong quá trình sản xuất. Theo định nghĩa, các nhà máy hydro xanh được cung cấp năng lượng từ các nguồn tái tạo và điều này có nghĩa là khả năng cung cấp điện phụ thuộc vào thời tiết. Các điện cực thông thường có thể xuống cấp nhanh chóng khi chịu tải điện tái tạo dao động, do đó, các điện cực chạy bằng năng lượng xanh cần bảo trì thường xuyên hơn và chu kỳ thay thế nhanh hơn.
Điện phân cũng đòi hỏi một lượng nước ngọt đáng kể. Để tránh tạo ra tình trạng căng thẳng về nước, các nhà máy hydro thường được đặt gần bờ biển, sử dụng nước biển đã khử muối. Nhưng điều này đòi hỏi thêm năng lượng - và máy móc chuyên dụng thì lớn, tốn kém để xây dựng và tốn kém để bảo trì. Những yêu cầu về vị trí này cũng có thể hạn chế sự lựa chọn nguồn năng lượng tái tạo.
Khi xem xét tổng thể, sản xuất hydro xanh thông thường là một hoạt động đòi hỏi nhiều vốn, thường được thực hiện tại các địa điểm trên bờ bằng cách sử dụng nhà máy phức tạp, khó bảo trì và tốn kém để cung cấp điện.
Một bước tiến lớn: di dời sản xuất hydro ra khơi
Nhu cầu về hydro xanh dự kiến sẽ đạt 48 triệu tấn vào năm 2030, khi ngày càng nhiều doanh nghiệp và lĩnh vực tìm cách khử cacbon, nhưng sản lượng cần phải tăng đáng kể nếu chúng ta muốn đạt được những ước tính này. Đây là một cơ hội lớn cho các nhà sản xuất hydro xanh có thể vượt qua những thách thức về chi phí hiện tại.
Có thể đạt được hiệu quả nhỏ trong quá trình điện phân, nhưng với rất nhiều chi phí cho hydro xanh đến từ việc sử dụng điện tái tạo đắt tiền, cách hiệu quả nhất để giảm chi phí là thông qua việc sử dụng năng lượng về cơ bản là 'miễn phí'.
Ví dụ lớn nhất về điều này là các trang trại gió ngoài khơi trong thời kỳ sản xuất dư thừa - điều này tạo ra cơ hội kinh doanh lớn cho các nhà phát triển điện gió ngoài khơi, đồng thời tránh cắt giảm sản lượng.
Nhưng cho đến nay, cơ hội này thực sự chỉ là lý thuyết, vì việc di dời một nhà máy sản xuất hydro ra nước ngoài là rất khó khăn. Các kỹ thuật điện phân hiện tại đòi hỏi nguồn điện ổn định, lượng nước ngọt lớn và diện tích vật lý lớn, tất cả những yếu tố này đều khó và tốn kém để đạt được ngoài khơi. Thiết bị điện phân cũng phân hủy nhanh hơn và thường xuyên hỏng hơn trong môi trường ngoài khơi – và khó sửa chữa hoặc thay thế khi nó hỏng. Chi phí cao hơn nhiều so với lợi ích.
Công nghệ mới, cơ hội mới cho các nhà khai thác năng lượng tái tạo
Hiện nay, sản xuất hydro đang thay đổi, với sự ra mắt của SeaStack, một công nghệ đầu tiên thuộc loại này đang chuyển đổi giá trị của năng lượng gió ngoài khơi. Công nghệ này đơn giản hóa việc tạo ra hydro để sản xuất ngoài khơi khả thi – sử dụng năng lượng được tạo ra nếu không sẽ bị mất để giảm chi phí hydro xanh từ 5-6 đô la/kg xuống dưới 2 đô la/kg.
SeaStack là máy điện phân nước biển thành hydro, được thiết kế để sản xuất hydro tại các tua bin ngoài khơi hoặc ở vùng ven biển
vị trí hoặc cảng. Nó không yêu cầu khử muối hoặc làm sạch nước, loại bỏ nhu cầu về nhà máy lớn và tốn kém, và thay vào đó sử dụng nước mặn trực tiếp từ biển.
Một phần quan trọng của SeaStack là một giải pháp thay thế công nghệ mới cho điện cực – Catrodes – giúp tăng hiệu quả và tuổi thọ của thiết bị điện phân, đặc biệt là ở các địa điểm ngoài khơi. Không giống như các điện cực thông thường, chứa các kim loại nhóm bạch kim đắt tiền, Catrodes chỉ sử dụng thép không gỉ, nghĩa là chúng rẻ hơn khi sản xuất, có tính bền vững cao và có thể tái chế và có nguồn gốc đạo đức hơn.
Catrodes cũng hiệu quả hơn đáng kể so với các điện cực thông thường (hơn 86%) khi chịu tải năng lượng tái tạo dao động.
SeaStack có thiết kế nhỏ gọn và dạng mô-đun, giúp giảm đáng kể diện tích sử dụng – có thể gắn trực tiếp vào tua-bin, giúp khả thi ở những khu vực hạn chế về không gian như giàn khoan ngoài khơi, địa điểm ven biển hoặc cảng.
Không chỉ là mơ ước viển vông: công nghệ đang hoạt động
Mặc dù là một khái niệm tương đối mới và sáng tạo, nhưng SeaStack và Catrodes rất được mong đợi trong các tình huống thực tế. Latent Drive gần đây đã đảm bảo được khoản tài trợ 630.000 bảng Anh (840.000 đô la Mỹ) cho thử nghiệm SeaStack tại Cảng Portland (Dorset, Vương quốc Anh) để sản xuất hydro xanh trực tiếp từ nước biển để cung cấp nhiên liệu cho tàu hỗ trợ cảng.
Dự án HydroPort, hợp tác với Cảng Portland, Logan Energy, công ty tư vấn kinh doanh SALINE và Trung tâm Giao thông sạch trong tương lai của Đại học Exeter, nhằm mục đích chứng minh tiềm năng sản xuất hydro ngoài khơi và khử cacbon cho hoạt động cảng.
Các cảng, bến cảng và bến du thuyền khác, cũng như các nhà đóng tàu và vận hành tàu, đã và đang xem xét SeaStack và đang có kế hoạch triển khai cho các dự án năng lượng ven biển và biển, cũng như các nhà phát triển điện gió ngoài khơi. Mong muốn đạt được quy mô gigawatt, Latent Drive là thành viên của Hiệp hội AquaVentus, đang lập kế hoạch xây dựng một dự án hydro ngoài khơi công suất 10GW tại Biển Bắc của Đức.
Lợi ích thứ cấp: ROI tốt hơn cho các dự án ngoài khơi của bạn
Ngoài các lợi thế về kỹ thuật và chi phí trong sản xuất hydro, SeaStack còn tạo ra những lợi ích gián tiếp đáng kể cho các doanh nghiệp năng lượng tái tạo đang có kế hoạch xây dựng các địa điểm ngoài khơi mới. Việc triển khai sản xuất năng lượng tái tạo vốn tốn kém, khó khăn và chậm chạp, nhưng SeaStack là một dự án hỗ trợ thông qua:
Giảm chi phí truyền tải năng lượng: Khi các trang trại gió được xây dựng xa bờ hơn để khai thác vận tốc cao hơn, chi phí lắp đặt và vận hành cáp ngầm tăng lên đáng kể. Ở khoảng cách và quy mô này, các đường ống dẫn dầu và khí đốt hiện có có thể được tái sử dụng cho hydro hoặc có thể xây dựng các đường ống mới với chi phí chỉ bằng một phần mười chi phí truyền tải điện.
Giảm thách thức về kết nối lưới điện: Việc kết nối các dự án mới với lưới điện tốn kém và có thời gian chuẩn bị lâu, và rất khó để có được sự đồng ý cho các hành lang cáp mới trên bờ. Việc đưa các phân tử vào thay vì các electron có thể tránh được nhu cầu nâng cấp lưới điện, giúp tiết kiệm hàng tỷ đô la do sự chậm trễ liên quan.
Tăng tỷ lệ sử dụng điện: Nhu cầu năng lượng thấp trong thời kỳ sản xuất điện cao là tốn kém và không hiệu quả đối với các máy phát điện ngoài khơi. Việc có một kế hoạch kinh doanh để chuyển đổi năng lượng này thành hydro và lưu trữ nó, thay vì cắt giảm sản lượng, sẽ làm tăng ROI của toàn bộ dự án.
Tạo ra các cơ hội mới ngoài khơi với SeaStack
Nhu cầu về hydro xanh sẽ tăng nhanh trong thập kỷ tới khi ngày càng nhiều doanh nghiệp tìm cách khử cacbon cho hoạt động của mình và cải thiện tính bền vững. Các nhà máy điện tái tạo ngoài khơi đang ở vị thế độc nhất để sản xuất hydro cần thiết để đáp ứng nhu cầu này, ở quy mô lớn và với chi phí khả thi. SeaStack là công nghệ đầu tiên thuộc loại này và đã chứng minh được cách công nghệ này có thể chuyển đổi giá trị của các dự án điện gió ngoài khơi.
