Có khả thi khi tái sử dụng đường ống dẫn dầu và khí đốt để vận chuyển hydro không?
Khi thế giới đang nỗ lực giảm lượng khí thải carbon và tránh xa hydrocarbon, việc tái sử dụng đường ống có mang lại cơ hội tiết kiệm chi phí cho quá trình chuyển đổi năng lượng hay là một cơn đau đầu về kỹ thuật?
Với các khoản đầu tư có mục tiêu, đường ống có thể đóng vai trò là công cụ hỗ trợ lực lượng lao động và các công ty tiếp cận các thị trường mới khi quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra nhanh hơn. Nguồn: fotokaleinar qua Shutterstock.
Trong khi tương lai của cơ sở hạ tầng dầu khí (O&G) trong quá trình chuyển đổi năng lượng vẫn chưa chắc chắn, thì việc vận chuyển các nguồn năng lượng đường dài vẫn là điều cần thiết đối với nguồn cung toàn cầu.
Là một phần của các chiến lược đa dạng hóa dài hạn, ngành công nghiệp hydrocarbon ngày càng khám phá việc tái sử dụng đường ống để vận chuyển hydro, nhưng các rào cản tài chính dai dẳng đã hạn chế sự phát triển rộng rãi hơn.
Đổi lại, ngành công nghiệp hydro đang phát triển đang hướng tới mục tiêu đạt được mục tiêu sử dụng rộng rãi hơn ngoài các mạng lưới hoạt động hiện tại bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng hiện có.
Các sửa đổi cần thiết là tiên phong trong đổi mới kỹ thuật, mang lại những thách thức và cơ hội kỹ thuật trong việc pha trộn hydro cho các thị trường ngoài nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Công nghệ ngoài khơi đánh giá liệu các đường ống được tái sử dụng có thể trở thành hiện thực cho hỗn hợp năng lượng toàn cầu mở rộng hay không.
Rào cản kỹ thuật
Việc chuyển đổi toàn bộ đường ống từ vận chuyển dầu và khí sang hydro đòi hỏi một loạt các sửa đổi đối với hệ thống và vật liệu.
Nghiên cứu từ Tạp chí Năng lượng Hydro Quốc tế nhấn mạnh "rủi ro giòn do hydro của thép đường ống và kích thước phân tử nhỏ hơn của khí". Giòn là một vấn đề an toàn lớn vì nó có thể dẫn đến nứt và hỏng hóc tổng thể, đặc biệt là ở các đường ống cũ.
Thép không gỉ austenit - một hợp kim có hàm lượng niken hơn 8% - là một vật liệu được khuyến nghị cho đường ống hydro và các thành phần như van và máy nén do khả năng chống ăn mòn của nó. Một loại khác là polyme gia cường sợi, cần ít hàn hơn và chi phí lắp đặt thấp hơn.
Mật độ năng lượng của hydro tạo ra một sự khác biệt khác, vì nó thấp hơn đáng kể so với khí tự nhiên, ngay cả khi bị nén. Điều này đòi hỏi đường kính đường ống lớn hơn và máy nén có thể xử lý lưu lượng cao hơn bằng cách tăng tốc độ quay để cung cấp cùng một lượng năng lượng. Tuy nhiên, phương pháp hay nhất để bảo trì đường ống đã chuyển đổi vẫn đang chờ sự đồng thuận của ngành.
Peter O'Sullivan, Tổng giám đốc điều hành của công ty tư vấn năng lượng Penspen giải thích rằng "Năng lượng đánh lửa thấp và khả năng bắt lửa cao của hydro đòi hỏi phải thay đổi các vùng nguy hiểm và chiến lược thông gió". "Việc không có ngọn lửa nhìn thấy được và nhiệt đốt cháy cao hơn của hydro có nghĩa là phải thay đổi các hoạt động vận hành và quy trình ứng cứu đầu tiên".
Với những thách thức này, việc tái sử dụng đường ống là một lĩnh vực đổi mới, nghiên cứu và phát triển đang được triển khai.
Hệ thống ống trong ống là một giải pháp mới nổi, như nhà sáng lập kiêm giám đốc điều hành của nhà cung cấp giải pháp phân phối hydro H2C Rinaldo Brutoco đã nói với Offshore Technology. Ông giải thích rằng "Một đường ống hydro áp suất cao chạy bên trong đường ống hiện có, với không gian xen kẽ thu giữ bất kỳ hydro rò rỉ nào từ hệ thống bên trong để được làm sạch".
"Điều này cho phép theo dõi và phát hiện liên tục bất kỳ sự suy thoái hydro nào và duy trì khoản đầu tư ban đầu vào đường ống hiện có trong khi vẫn di chuyển một lượng lớn hydro".
Vì việc tái sử dụng đường ống trên quy mô lớn vẫn đang trong giai đoạn tiến hóa, các công ty phải cân nhắc các lợi ích tiềm năng dài hạn so với sự an toàn ngắn hạn của các khoản đầu tư truyền thống.
Cân nhắc về đầu tư
Kinh tế của đường ống cải tạo so với đường ống mới phụ thuộc vào điều kiện, chiều dài, đường kính và nồng độ hydro. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy việc xây dựng đường ống hydro mới tốn kém gấp mười lần so với việc sử dụng đường ống khí hiện có.
Theo Rajiv Sabharwal, phó chủ tịch phát triển kinh doanh năng lượng tại công ty thử nghiệm, kiểm tra và chứng nhận Bureau Veritas, "sự bất ổn đang diễn ra trên thị trường hydro và sự chậm trễ trong việc đầu tư vốn cho các dự án mới có nghĩa là các công ty hiện đang tập trung nhiều hơn vào các hoạt động O&G thông thường và đường ống sản phẩm của họ, thay vì theo đuổi các đường ống hydro và các sáng kiến tái sử dụng".
Vào năm 2024, công ty năng lượng đa quốc gia thuộc sở hữu nhà nước của Na Uy Equinor đã hủy bỏ các kế hoạch giai đoạn đầu để xuất khẩu hydro từ Na Uy sang Đức do ước tính rằng tổng chi phí chuỗi cung ứng có thể lên tới hàng chục tỷ euro.
Bất chấp sự bất ổn như vậy, vẫn có những lợi ích chung có thể đạt được từ sự hợp tác giữa các ngành. Công ty mẹ của Offshore Technology, GlobalData, tái khẳng định vai trò quan trọng mà các nhà khai thác dầu khí có thể đóng góp trong quá trình phát triển hydro bằng cách "tận dụng các kỹ năng, chuyên môn và các tài sản hiện có như mạng lưới khí đốt tự nhiên để xây dựng các cơ sở sản xuất, đường ống và trạm tiếp nhiên liệu".
Shu Shu Wong và Conrad Purcell, cộng sự và đối tác, tương ứng
, tại công ty luật doanh nghiệp quốc tế Haynes Boone, chỉ ra rằng "sự phát triển hydro thường phụ thuộc vào sự hợp tác giữa các nhà đầu tư và nhà cung cấp công nghệ. Những điều này thường diễn ra dưới hình thức liên doanh, mang theo một loạt các cân nhắc quen thuộc cho các nhà đầu tư".
Cũng giống như đường ống, lực lượng lao động được tái sử dụng giữa dầu khí và hydro cũng là một phương tiện để bảo vệ tương lai cho ngành công nghiệp. "Các công ty nhiên liệu hóa thạch cần nhìn nhận bản thân trong ngành năng lượng và hiểu cách tối đa hóa lợi nhuận hiện tại và tương lai", Robert Shelton, chủ tịch của công ty con H2 Safety Pipe của H2C, tuyên bố.
"Câu trả lời rõ ràng là chuyển sang hydro và tái triển khai lao động, chẳng hạn như thợ lắp ống", ông xác nhận.
Với các khoản đầu tư có mục tiêu, đường ống có thể đóng vai trò là công cụ hỗ trợ lực lượng lao động và các công ty tiếp cận các thị trường mới khi quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra nhanh hơn.
Cơ hội trong việc pha trộn hydro
Khi hydro và khí đốt tự nhiên ngày càng gần nhau hơn, việc pha trộn đã trở nên phổ biến hơn. Theo National Gas, đơn vị vận hành mạng lưới khí đốt tự nhiên của Anh, việc pha trộn vào các mạng lưới hiện có là "bước đầu tiên trong việc xây dựng nền kinh tế hydro".
Wong và Purcell cho biết với Offshore Technology rằng "Trong một số trường hợp, việc pha trộn hydro - lên đến 10–20% theo thể tích - là khả thi trong các mạng lưới khí đốt tự nhiên hiện có, cung cấp một lộ trình tích hợp ngay lập tức trong khi đánh giá quá trình chuyển đổi hoàn toàn".
Trong những năm gần đây, thị trường pha trộn hydro đã mở rộng, tạo ra cơ hội giảm phát thải và các sản phẩm năng lượng mới đồng thời tạo ra một lĩnh vực dự trữ cho các dự án hydro.
Các dự án toàn cầu quan trọng với việc pha trộn hydro được lên kế hoạch vận hành trước năm 2030 là Dự án Hydrogen SK E&S Boryeong tại Hàn Quốc, dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2026 và nhà máy hydro Project Catalina tại Tây Ban Nha, dự kiến sẽ hòa vào lưới khí đốt tự nhiên hiện có vào năm 2027 với đường ống giữa Aragón và Valencia.
Việc pha trộn hydro ngày càng được đưa vào các quy định về năng lượng. Vào năm 2022, Canada đã sửa đổi Đạo luật Đường ống của mình để bao gồm các đường ống được xây dựng để vận chuyển hydro nguyên chất hoặc hỗn hợp hydro.
Tuy nhiên, việc pha trộn không phải là giải pháp khắc phục tất cả. Shelton khẳng định rằng "cần duy trì việc tách hydro và khí tự nhiên để tránh cắt giảm biên lợi nhuận do các đơn vị nhiệt của Anh giảm mạnh".
Ông nói thêm rằng "khi hydro đã tiếp xúc với mêtan, nó không còn có thể sử dụng được trong các pin nhiên liệu nữa, vốn đang trở thành một phần lớn hơn của chuỗi cung ứng năng lượng".
Theo quan điểm của O'Sullivan, "việc mở rộng quy mô lên các mạng lưới truyền tải áp suất cao, lớn đòi hỏi phải có kỹ thuật cẩn thận và các giải pháp kỹ thuật mới. Mặc dù không phải là giải pháp lâu dài, nhưng nó tạo ra nhu cầu hydro trong thời gian ngắn và giúp giảm rủi ro đầu tư vào chuỗi cung ứng".
Tương lai của việc tái sử dụng đường ống dẫn dầu khí
Các đường ống tái sử dụng có vai trò quan trọng trong các chiến lược đa dạng hóa cho ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch và giảm bớt áp lực giảm sự phụ thuộc vào các nguồn chính. Shelton nhấn mạnh tầm quan trọng của điều này ở Châu Âu vì "mọi người đều muốn tránh xa khí đốt của Nga".
Tiến độ đang được thúc đẩy bởi các sáng kiến của chính phủ như Đường trục hydro Châu Âu (EHB), nơi đang xây dựng một mạng lưới đường ống dẫn hydro chuyên dụng trên khắp Châu Âu. Đến năm 2040, EHB dự kiến sẽ đạt 39.700 km, trong đó 69% sẽ là đường ống dẫn khí đốt tự nhiên được tái sử dụng.
Thật vậy, Châu Âu chiếm nhiều đường ống dẫn hydro nhất trên toàn cầu vì mục tiêu sản xuất mười triệu tấn hydro carbon thấp mỗi năm trong nước như một phần của Kế hoạch REPowerEU.
Sự hỗ trợ của chính phủ như vậy là rất quan trọng để tránh thị trường hydro đang phát triển trở thành nạn nhân của "các công ty phân bổ nguồn lực cho các luồng doanh thu đã được thiết lập và đáng tin cậy hơn trong lĩnh vực dầu khí thông thường", như Sabharwal nhấn mạnh.
Sự chậm trễ và phức tạp cản trở rất nhiều đến động lực của dự án, điều này đặc biệt bất lợi đối với một công nghệ mới như hydro, vốn cần nhiều đầu tư hơn đáng kể, theo tốc độ, để tạo ra những tiến bộ về công nghệ và cơ sở hạ tầng.
"Các khuôn khổ quản lý và nhu cầu thị trường vẫn đang thay đổi, điều này có thể làm chậm tiến độ của dự án", O'Sullivan cho biết.
"Khi quy mô sản xuất hydro và quy định được mở rộng, chúng tôi hy vọng sẽ thấy nhiều nhà khai thác chuyển sang chuyển đổi một phần hoặc toàn bộ. Về lâu dài, hướng đi rất rõ ràng: tái sử dụng là một trong những cách nhanh nhất và tiết kiệm chi phí nhất để biến hydro thành một phần thực sự của hệ thống năng lượng", ông nói thêm.
Dự báo năm 2035 của GlobalData về mạng lưới vận chuyển hydro nêu bật rằng hiện tại có rất ít đường ống hydro đang hoạt động và những đường ống đã hoàn thành phần lớn phản ánh các dự án xây dựng mới. Hỗ trợ cơ sở hạ tầng có thể kết nối các nhà máy hydro với các lĩnh vực sử dụng cuối cùng sẽ là chìa khóa để khuyến khích nhu cầu và mở rộng thị trường nói chung.
“Về cơ bản, di chuyển hydro là di chuyển các phân tử và đó là hoạt động kinh doanh mà ngành dầu khí truyền thống đang thực hiện”, Brutoco kết luận.
