Cầu vồng hydro: màu sắc của quá trình khử cacbon
Màu xanh lá cây đã trở thành đồng nghĩa với thiên nhiên và mọi thứ tốt đẹp cho hành tinh của chúng ta: thiết bị gia dụng tiết kiệm năng lượng, sản phẩm được sản xuất bền vững, năng lượng carbon thấp và thậm chí cả các khoản đầu tư.
Nó cũng được sử dụng để mô tả hydro được sản xuất mà không phát thải khí nhà kính - một thứ quan trọng đối với quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Nhưng việc tạo ra đủ hydro để đáp ứng nhu cầu tăng 100% tiềm năng vào năm 2030 sẽ đòi hỏi nhiều phương pháp sản xuất, không chỉ màu xanh lá cây, mà còn là xanh lam, vàng, hồng, xanh ngọc - cầu vồng.
Mã màu của kính vạn hoa này giúp phân biệt giữa các phương pháp sản xuất khác nhau. Dưới đây là bảng tổng hợp ý nghĩa của từng ý nghĩa:
Các màu phổ biến nhất của hydro
Hydro đen và nâu đại diện cho quy trình truyền thống để tạo ra hydro, sử dụng than đen hoặc nâu (than non). Phương pháp này giải phóng một lượng lớn CO₂ và carbon monoxide vào khí quyển. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), vào năm 2020, khoảng 1/5 lượng hydro vẫn được sản xuất bằng than đá.
Hydro màu xám có nguồn gốc từ khí tự nhiên. IEA cho biết đây là phương pháp sản xuất phổ biến nhất hiện nay, với gần 60% hydro được sản xuất theo cách này. Hydro màu xám tạo ra lượng khí thải CO₂ thấp hơn đáng kể so với phiên bản màu đen và nâu.
Hydro xanh liên quan đến quá trình biến đổi hơi nước của khí tự nhiên (như với hydro xám) nhưng sau đó thu được phát thải CO₂. Carbon dioxide này sau đó có thể được lưu trữ hoặc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp cần nó làm nguyên liệu. Hydro xanh là một trong những con đường chính cho các chiến lược khử cacbon toàn cầu vì nó có thể sản xuất hydro cacbon thấp trên quy mô lớn.
Hydro xanh là chén thánh cho các nhà hoạch định chính sách, các nhà hoạt động khí hậu và lĩnh vực năng lượng. Nó được tạo ra bằng cách điện phân - một quá trình sử dụng điện để tách nước thành hydro và oxy - và điện phải được cung cấp bởi năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt trời hoặc gió. Trong khi khối lượng sản xuất vẫn thấp và chi phí cao, khoảng 350 dự án đang được thực hiện trên toàn cầu có thể làm thay đổi nền kinh tế này.
Cầu vồng hydro đang phát triển, nhưng khí cần được hỗ trợ phối hợp để thực hiện đúng lời hứa của nó
Đổi mới trong sản xuất hydro
Hydro màu vàng thường đề cập đến hydro được tạo ra bằng cách sử dụng điện phân chạy bằng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, nó đôi khi cũng được sử dụng để mô tả hydro điện phân được tạo ra từ hỗn hợp năng lượng tái tạo và năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch.
Sản xuất hydro màu hồng tương tự như màu xanh lá cây nhưng có một điểm khác biệt: quá trình điện phân được cung cấp không phải bằng điện tái tạo mà bằng năng lượng hạt nhân, đang trải qua sự hồi sinh như một nguồn năng lượng không có carbon. Thỏa thuận thương mại đầu tiên được ký kết vào tháng 1 năm 2022 và sẽ chứng kiến một nhà máy điện hạt nhân Thụy Điển cung cấp hydro màu hồng cho tập đoàn khí đốt công nghiệp khổng lồ Linde. Sản xuất hydro bằng năng lượng hạt nhân đôi khi còn được gọi là hydro màu tím hoặc đỏ.
Hyđrô màu ngọc lam được đặt tên như vậy vì quy trình sản xuất của nó nằm ở đâu đó giữa màu xanh lá cây và màu xanh lam. Một phương pháp được gọi là nhiệt phân mêtan tách khí mêtan từ khí tự nhiên thành hydro và cacbon rắn, còn được gọi là “cacbon đen”. Sau này là nguyên liệu thô quan trọng với nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm sản xuất lốp xe ô tô, chất phủ và pin. Tách khí mêtan không phải là một khái niệm mới, và một số nhà máy quy mô thương mại đã tồn tại. Ưu điểm lớn của công nghệ là không có khí thải CO₂ để xử lý.
Hydro trắng là hydro tự nhiên được tìm thấy trong các trầm tích dưới lòng đất. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có nhiều tiền gửi tồn tại hơn những gì người ta nghĩ trước đây. Chúng thường có thể được tiếp cận tương đối dễ dàng bằng cách khoan giếng. Một giếng ở Mali đã tích cực cung cấp hydro từ năm 2012. Các dự án thăm dò đang được tiến hành ở Brazil, Australia và các khu vực khác trên thế giới. Science Business - một mạng lưới các trường đại học, công ty và các tổ chức nghiên cứu và chính sách - ước tính rằng hydro tự nhiên có thể sản xuất rẻ hơn hydro xám, dưới 1 đô la / kg. Trong khi hydro trắng là nhiên liệu không chứa carbon, tác động môi trường của các phương pháp khai thác phải được xem xét.
Hydro vàng là một thuật ngữ khác đôi khi được sử dụng để mô tả hydro có trong tự nhiên, cũng như hydro được tạo ra bằng cách lên men vi sinh vật được tìm thấy trong các giếng dầu đã cạn kiệt. Nó không chỉ cung cấp một con đường chi phí thấp khác cho hydro, mà còn kéo dài tuổi thọ của các mỏ dầu thay vì để chúng như tài sản mắc kẹt. Tuy nhiên, quá trình sản xuất và chiết xuất hydro vàng phụ thuộc vào việc thu giữ CO₂ để có tính trung hòa carbon.
Bánh xe màu hydro
Nhiều quốc gia có kế hoạch khử cacbon dựa vào việc phát triển việc sử dụng hydro nhiều hơn. IEA cho biết “nhiên liệu hydro và hydro sẽ cần phải lấp đầy những khoảng trống mà điện không thể thay thế nhiên liệu hóa thạch một cách dễ dàng hoặc kinh tế”.
Trong khi hydro có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch vẫn chiếm ưu thế trong nguồn cung hiện tại, thách thức lớn nhất trong thập kỷ tới sẽ là mở rộng nhanh chóng cầu vồng của mức thấp sản xuất carbon. Điều này sẽ rất quan trọng để tạo ra một chu kỳ cung và cầu ổn định phù hợp với tham vọng bằng không. Các nhà hoạch định chính sách, nhà sản xuất, công ty công nghệ và người dùng phải hợp tác để tạo ra vòng tròn đầy màu sắc và đạo đức này.
