Chúng ta không chỉ cần xem xét việc sản xuất và sử dụng—cách chúng ta lưu trữ và vận chuyển hydro còn tác động đến cả lượng khí thải và chi phí.
Sâu dưới lòng đất ở Delta, Utah, hai hang muối khổng lồ trống rỗng đang được cải tạo. Đủ lớn để chứa 4,5 triệu thùng dầu, những khoảng trống rộng lớn này đang được chuyển đổi thành cơ sở lưu trữ hydro sạch lớn nhất quốc gia. Được gọi là Trung tâm lưu trữ năng lượng sạch tiên tiến , nó sẵn sàng chứng minh quy mô và tiềm năng của việc lưu trữ hydro địa chất (dưới lòng đất).
Chúng ta đã nói về đầu tư của khu vực công và tư nhân đổ vào hydro cũng như nhiều cách khác nhau để sản xuất và sử dụng hydro . Trong bài đăng này, tôi sẽ tập trung vào việc lưu trữ và vận chuyển, hai bước quan trọng không kém—nhưng thường bị bỏ qua—trong hệ thống hydro. Bởi vì chúng ta không chỉ cần xem xét việc sản xuất và sử dụng—cách chúng ta lưu trữ và vận chuyển hydro còn tác động đến cả lượng khí thải và chi phí.
Tôi thích nghĩ về hydro sạch như một cuộc phiêu lưu do chính bạn lựa chọn.
Chính tính linh hoạt của hydro với vai trò là chất mang năng lượng đã khiến nó trở thành một công cụ mạnh mẽ trong bộ công cụ khử cacbon của chúng tôi. Nó đặc biệt có giá trị khi không có giải pháp thay thế hợp lý nào khác tồn tại, chẳng hạn như các quy trình công nghiệp mà bạn không thể dễ dàng điện khí hóa hoặc nơi bạn cần nó làm nguyên liệu. Việc tìm ra cách phát thải thấp nhất, chi phí thấp nhất để đưa hydro vào những mục đích sử dụng đó có nghĩa là bạn phải xem xét cách bạn sử dụng nó, khoảng cách bạn sử dụng nó từ nơi sản xuất và bạn sẽ cần sử dụng trong bao lâu trong tương lai. Nó. Những yếu tố đó sẽ quyết định cách thức nó được vận chuyển và lưu trữ, cũng như mở rộng ra, nó sẽ ở dạng nào trong hành trình từ sản xuất đến sử dụng.
Có nhiều lựa chọn để xây dựng phần giữa của hành trình này, hay còn gọi là “chuỗi giá trị”, được minh họa ở dạng đơn giản bên dưới (để xem sơ đồ kỹ lưỡng hơn, hãy xem Hình 4 tại đây).
Như bạn có thể thấy, các phương án vận chuyển và lưu trữ có thể yêu cầu thay đổi trạng thái vật lý của hydro từ khí sang chất lỏng hoặc chất rắn, nén nó hoặc chuyển đổi hóa học nó sang chất mang khác. Những biến đổi này có thể giúp việc chứa và di chuyển hydro dễ dàng hơn vì nói chung, ở dạng khí, hydro nhẹ hơn không khí và không đậm đặc năng lượng theo thể tích. Tuy nhiên, việc chuyển đổi, vận chuyển và lưu trữ không phải là không có sự đánh đổi, vì mỗi bước mới hoặc hình thức phức tạp trong quy trình đều làm tăng thêm chi phí. Hãy đi sâu vào các tùy chọn.
Có một số cách để vận chuyển hydro.
Xe tải
Hydro có thể được vận chuyển bằng xe tải theo một trong hai cách: bằng tàu chở chất lỏng hoặc bằng “ xe moóc dạng ống ” có bình chứa khí nén. Vận tải đường bộ là một lựa chọn linh hoạt để cung cấp hydro cho các khu vực nơi nhu cầu vẫn đang phát triển. Đó cũng là cách các phòng thí nghiệm và các cơ sở khác yêu cầu thể tích nhỏ hơn nhận được hydro ngày nay. Tuy nhiên, chỉ một khối lượng giới hạn mới có thể chứa vừa trên một chiếc xe tải và tất nhiên, những chiếc xe tải này cần có nhiên liệu riêng để tự di chuyển hydro.
Đường ống
Đường ống phù hợp nhất để cung cấp hydro sạch cho người dùng cuối có nhu cầu lớn và ổn định, như nhà máy thép, trên khoảng cách xa. Mặc dù chúng tôi vẫn chưa biết công suất đường ống cần bao nhiêu để hỗ trợ việc sử dụng hydro làm công cụ khử cacbon ở Mỹ, nhưng chúng tôi biết rằng việc tái sử dụng cơ sở hạ tầng khí đốt tự nhiên hiện có cho hydro là không cần thiết vì hydro có xu hướng làm suy giảm các đường ống không được thiết kế đặc biệt cho Nó. Tuy nhiên, dù thế nào đi nữa, IEA gợi ý rằng một khi đi vào hoạt động, các đường ống là cách cạnh tranh về mặt chi phí để vận chuyển hydro ở khoảng cách xa tới 5000 km.
Tàu thuyền
Trên những khoảng cách xa hơn, việc di chuyển hydro ở một số dạng lỏng (nhiều hơn một chút) bằng tàu có thể sẽ tiết kiệm. Chuyến hàng hydro lỏng đường dài đầu tiên trên thế giới đã được hoàn thành vào năm ngoái, có khả năng là bước đầu tiên trong việc xây dựng chuỗi cung ứng hydro sạch toàn cầu. Chi phí và việc sử dụng năng lượng vẫn ở mức cao và còn lâu mới chắc chắn rằng chúng ta sẽ vận chuyển hydro ở dạng nguyên chất; Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế ước tính rằng gần một nửa lượng hydro được trao đổi giữa các quốc gia vào năm 2050 sẽ ở dạng amoniac .
Vẫn còn rất nhiều câu hỏi về việc chúng ta cần vận chuyển hydro bao xa và bằng hình thức nào. Nhưng trong ngắn hạn, như chúng ta học được từ những nỗ lực đầu tiên trong việc sử dụng hydro theo những cách mới, việc duy trì sản xuất và sử dụng hydro ở giai đoạn đầu sẽ tốt hơn vì nó sử dụng ít năng lượng hơn và tốn ít tiền hơn. Đó là lý do tại sao chiến lược mở rộng quy mô hydro của Bộ Năng lượng tập trung vào các trung tâm khu vực. Vào cuối ngày, chúng ta có thể sẽ thấy sự kết hợp của tất cả những điều trên.
Có bốn cách chính để lưu trữ hydro.
Lưu trữ địa chất
Hydro có thể được lưu trữ dưới dạng khí dưới lòng đất trong các hang muối trống, tầng ngậm nước cạn kiệt hoặc các mỏ dầu khí đã ngừng hoạt động. Trên thực tế, đã có tiền lệ lâu dài về việc lưu trữ khí dưới lòng đất như thế này. Cách làm này được gọi là phương pháp lưu trữ “địa chất” và đó là một lựa chọn lý tưởng để lưu trữ hydro trong thời gian dài, cần thiết cho việc lưu trữ năng lượng theo mùa. Đây là một trong những lựa chọn có quy mô lớn nhất và rẻ nhất hiện nay nhưng không phải ở đâu cũng có.
Khí nén
Giống như bất kỳ loại khí nào, hydro có thể được nén và lưu trữ trong các thùng chứa. Nhưng hydro đòi hỏi những bình chứa có áp suất rất cao và chứa được một lượng năng lượng hạn chế. Cho dù chúng ta đang nói về bể chứa trên mặt đất hay xe tải ống, khí nén là một trong những lựa chọn đắt nhất và ít tiêu tốn năng lượng nhất mà chúng ta có ngày nay, nhưng nó cũng là một trong những lựa chọn đơn giản nhất.
Lưu trữ chất lỏng và đông lạnh (Hoặc lưu trữ ở giai đoạn khác)
Hydro đậm đặc năng lượng hơn nhiều khi ở dạng lỏng. Nhược điểm là để đạt được điều đó đồng nghĩa với việc làm mát nó đến gần độ không tuyệt đối, đòi hỏi năng lượng đáng kể và các thùng chứa cách nhiệt phức tạp. Trong lịch sử, điều này chỉ có ý nghĩa đối với du hành vũ trụ dưới dạng nhiên liệu tên lửa, nhưng có thể được sử dụng để vận chuyển đường dài.
Nhóm Nghiên cứu Năng lượng Đột phá, Verne, đang phát triển một phương pháp lưu trữ hydro dưới dạng khí nén, lạnh (“nén lạnh”), giúp hydro mật độ cao tiết kiệm hơn cho hoạt động vận chuyển hạng nặng.
Như đã đề cập ở trên, hydro cũng có thể được chuyển đổi thành chất lỏng như amoniac , có mật độ năng lượng cao hơn và cơ sở hạ tầng toàn cầu phát triển vì nó đã được sử dụng để sản xuất phân bón và hóa chất.
Lưu trữ tài liệu
Hydro cũng có thể được liên kết hóa học với các vật liệu đóng gói khí hydro dày đặc hơn thông qua một quá trình gọi là hấp phụ, mặc dù chúng ta cần nhiều R&D hơn để hiểu chi phí và khả năng mở rộng.
Dưới đây là bản phác thảo đơn giản về quá trình biến điện thành hydro, lưu trữ và sau đó chuyển đổi lại thành điện năng. Việc biến điện thành hydro chỉ để tạo ra điện là không hiệu quả, do đó, làm như vậy chỉ có ý nghĩa trong một số ứng dụng – như lưu trữ năng lượng theo mùa hoặc cung cấp nhiên liệu cho pin nhiên liệu, chẳng hạn như trong vận tải hạng nặng và hàng không.
