Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) Hướng tới định nghĩa hydro dựa trên cường độ phát thải của chúng
Tóm tắt
Hiểu rõ về lượng khí thải liên quan đến sản xuất hydro có thể giúp tạo điều kiện cho đầu tư và thúc đẩy mở rộng quy mô
Hầu hết các dự án quy mô lớn để sản xuất hydro phát thải thấp đang phải đối mặt với những nút thắt quan trọng. Chỉ có 4% trong số các dự án đã được công bố cho đến nay đang được xây dựng hoặc đã đưa ra quyết định đầu tư cuối cùng. Sự không chắc chắn về nhu cầu trong tương lai, thiếu cơ sở hạ tầng có sẵn để cung cấp hydro cho người dùng cuối và thiếu sự rõ ràng trong các khuôn khổ pháp lý và chương trình chứng nhận đang ngăn cản các nhà phát triển dự án đưa ra quyết định chắc chắn về đầu tư.
Minh bạch về cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro có thể mang lại sự rõ ràng rất cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi cho đầu tư. Sử dụng màu sắc để chỉ các tuyến sản xuất khác nhau hoặc các thuật ngữ như hydro "bền vững", "ít carbon" hoặc "sạch", làm lu mờ nhiều mức phát thải tiềm ẩn khác nhau. Thuật ngữ này đã chứng minh là không thực tế khi làm cơ sở cho các quyết định ký kết hợp đồng, ngăn cản các nhà đầu tư tiềm năng. Bằng cách đồng ý sử dụng cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro trong định nghĩa về các quy định quốc gia về hydro, chính phủ có thể tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác giữa thị trường và quy định. Báo cáo này nhằm mục đích hỗ trợ các chính phủ thực hiện điều này bằng cách đánh giá cường độ phát thải của từng tuyến sản xuất hydro, để các chính phủ sau đó quyết định mức nào phù hợp với hoàn cảnh của riêng họ
Việc sản xuất và sử dụng hydro, amoniac và nhiên liệu gốc hydro cần được mở rộng quy mô
G7 là nền tảng của những nỗ lực nhằm đẩy nhanh việc mở rộng quy mô sản xuất và sử dụng hydro, amoniac và nhiên liệu gốc hydro phát thải thấp. Các thành viên G7 – Canada, Pháp, Đức, Ý, Nhật Bản, Vương quốc Anh, Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu – chiếm khoảng một phần tư sản lượng và nhu cầu hydro toàn cầu hiện nay. Đồng thời, các thành viên G7 là những người đi đầu trong việc khử cacbon cho sản xuất hydro và phát triển công nghệ cho các ứng dụng hydro mới trong các lĩnh vực sử dụng cuối. G7 có thể sử dụng vị thế dẫn đầu về công nghệ và sức mạnh kinh tế của mình để cho phép tăng sản lượng và sử dụng hydro phát thải thấp hơn nữa. Tuy nhiên, các thành viên G7 không thể tự mình thực hiện thách thức này. Việc phát triển thị trường hydro quốc tế sẽ đòi hỏi sự tham gia của nhiều bên liên quan khác, bao gồm cả các nền kinh tế mới nổi.
Hydro, amoniac và nhiên liệu gốc hydro có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch. Nhu cầu hydro toàn cầu đạt 94 triệu tấn vào năm 2021, chủ yếu tập trung vào việc sử dụng làm nguyên liệu đầu vào trong quá trình lọc dầu và công nghiệp. Để đáp ứng các tham vọng về khí hậu của chính phủ, cần phải có bước thay đổi trong việc tạo ra nhu cầu đối với hydro phát thải thấp, đặc biệt là trong các ứng dụng mới trong các lĩnh vực mà lượng khí thải khó giảm, chẳng hạn như công nghiệp nặng và vận tải đường dài. Đồng thời, sản xuất hydro cần phải được khử cacbon; hiện nay, hydro phát thải thấp chỉ chiếm chưa đến 1% sản lượng toàn cầu.
Việc phát triển các chuỗi cung ứng quốc tế có thể giúp đáp ứng nhu cầu của các quốc gia và khu vực có nhu cầu lớn và tiềm năng hạn chế trong việc sản xuất hydro phát thải thấp. Sự chênh lệch về chi phí theo khu vực và nhu cầu ngày càng tăng ở các khu vực có ít tiềm năng sản xuất hydro phát thải thấp, amoniac và nhiên liệu gốc hydro có thể hỗ trợ sự phát triển của thị trường hydro quốc tế để giao dịch các loại nhiên liệu này, bất chấp chi phí bổ sung phát sinh từ quá trình chuyển đổi và vận chuyển. Cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu đã củng cố thêm mối quan tâm đến hydro phát thải thấp như một cách để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và tăng cường an ninh năng lượng, trở thành động lực mới cho thương mại hydro toàn cầu.
Định nghĩa về hydro dựa trên cường độ phát thải có thể tạo thành cơ sở cho quy định chặt chẽ
Cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào tuyến sản xuất. Ngày nay, quá trình sản xuất hydro chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch không bị hạn chế; lượng khí thải cần phải giảm đáng kể để đáp ứng các tham vọng về khí hậu. Nhiên liệu và công nghệ được sử dụng, tốc độ thu giữ và lưu trữ CO2 được áp dụng và mức phát thải thượng nguồn và trung nguồn đều ảnh hưởng mạnh đến cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro. Ví dụ, quá trình sản xuất dựa trên nhiên liệu hóa thạch không bị hạn chế có thể dẫn đến lượng khí thải lên tới 27 kg CO2‑eq/kg H2, tùy thuộc vào mức phát thải thượng nguồn và trung nguồn. Ngược lại, sản xuất hydro từ sinh khối với quá trình thu giữ và lưu trữ CO2 có thể dẫn đến lượng khí thải âm, do loại bỏ carbon sinh học đã thu giữ khỏi chu trình carbon tự nhiên. Cường độ phát thải trung bình của sản xuất hydro toàn cầu năm 2021 nằm trong khoảng 12-13 kg CO2‑eq/kg H2. Trong Kịch bản Net Zero của IEA vào năm 2050, cường độ phát thải trung bình của đội tàu này đạt 6-7 kg CO2‑eq/kg H2 vào năm 2030 và giảm xuống dưới 1 kg CO2‑eq/kg H2 vào năm 2050.
Cường độ phát thải của hydro được sản xuất bằng phương pháp điện phân được xác định bởi lượng khí thải từ điện độ chính xác được sử dụng. Sử dụng phương pháp do Đối tác quốc tế về hydro và pin nhiên liệu trong nền kinh tế (IPHE)1 phát triển, việc sản xuất điện tái tạo2 không có khí thải đi kèm, tạo ra 0 kg CO2‑eq/kg H2. Trong trường hợp điện lưới, cường độ phát thải thay đổi rất nhiều giữa giờ tải đỉnh và giờ tải cơ sở, tùy thuộc vào công nghệ nào được sử dụng để đáp ứng nhu cầu bổ sung cho các thiết bị điện phân. Do đó, để giảm phát thải, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng các thiết bị điện phân được kết nối với lưới điện không dẫn đến việc tăng sản lượng điện từ nhiên liệu hóa thạch.
Các công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon có thể giảm phát thải trực tiếp từ quá trình sản xuất hydro từ nhiên liệu hóa thạch nhưng cần có các biện pháp giảm thiểu phát thải ở thượng nguồn và trung nguồn. Sản xuất hydro từ khí tự nhiên không bị hạn chế dẫn đến cường độ phát thải trong khoảng 10-14 kg CO2‑eq/kg H2, trong đó phát thải mêtan và CO2 ở thượng nguồn và trung nguồn trong quá trình sản xuất khí tự nhiên chịu trách nhiệm cho 1-5 kg CO2‑eq/kg H2. Việc cải tạo các tài sản hiện có bằng cách thu giữ CO2 từ việc sử dụng khí đốt tự nhiên liên quan đến nguyên liệu đầu vào (tỷ lệ thu giữ khoảng 60%) có thể giảm cường độ phát thải xuống còn 5-8 kg CO2-eq/kg H2. Có thể đạt được tỷ lệ thu giữ cao hơn (trên 90%) bằng các công nghệ tiên tiến, giảm cường độ phát thải xuống còn 0,8-6 kg CO2-eq/kg H2, mặc dù chưa có nhà máy nào sử dụng các công nghệ này đang hoạt động. Ở tỷ lệ thu giữ cao, cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro chủ yếu là phát thải ở thượng nguồn và trung nguồn, chiếm 0,7-5 kg CO2-eq/kg H2, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc cắt giảm phát thải mêtan từ các hoạt động khí đốt tự nhiên.
Các chính phủ nên xác định lộ trình để khử cacbon cho quá trình sản xuất hydro, cả trong nước và nhập khẩu, phù hợp với hoàn cảnh quốc gia của họ. Do đó, báo cáo này không đưa ra ngưỡng trên chung có thể chấp nhận được cho cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro. Tuy nhiên, các chính phủ nên tính đến các yếu tố như cường độ phát thải, khối lượng cung cấp và khả năng chi trả để đưa ra quyết định mở rộng sản xuất và sử dụng hydro phát thải thấp. Chi phí sản xuất hydro phát thải thấp cao hơn và tuổi đời tương đối trẻ của các tài sản sản xuất hydro dựa trên nhiên liệu hóa thạch hiện có trong ngành hóa chất là những rào cản đối với việc tiếp nhận hydro phát thải thấp. Việc trang bị thêm cho các tài sản sản xuất hiện có khả năng thu giữ và lưu trữ CO2 có thể là một lựa chọn tiết kiệm chi phí trong ngắn hạn để khử cacbon một phần sản xuất. Ở những khu vực có nhiều nguồn tài nguyên tái tạo, việc sử dụng điện tái tạo để sản xuất hydro được coi là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất, thậm chí trước năm 2030.
Việc tham chiếu đến cường độ phát thải của sản xuất hydro trong các quy định có thể tạo điều kiện cho khả năng tương tác và hạn chế sự phân mảnh thị trường
Một số hệ thống chứng nhận hoặc khuôn khổ quy định xác định các thuộc tính bền vững của hydro hiện đang được phát triển, nhưng có nguy cơ là việc thiếu sự thống nhất có thể dẫn đến sự phân mảnh thị trường. Những nỗ lực hiện tại có một số điểm chung về phạm vi, ranh giới hệ thống, lộ trình sản xuất, mô hình cho chuỗi lưu ký và mức độ cường độ phát thải. Nhưng sự không nhất quán trong các cách tiếp cận có nguy cơ trở thành rào cản đối với sự phát triển của hoạt động thương mại hydro quốc tế. Việc tham khảo cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro, dựa trên sự hiểu biết chung về phương pháp áp dụng được sử dụng để quản lý và chứng nhận, có thể là một yếu tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển của thị trường, tạo điều kiện cho mức độ tương tác tối thiểu và cho phép công nhận lẫn nhau thay vì thay thế hoặc sao chép các nỗ lực đang diễn ra.
Quy định và chứng nhận sử dụng cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro cũng phải có khả năng đáp ứng các tiêu chí bền vững bổ sung. Chính phủ và các công ty có thể muốn xem xét các yêu cầu bền vững tiềm ẩn khác khi đưa ra quyết định về việc sử dụng hydro làm nhiên liệu sạch và nguyên liệu đầu vào. Các tiêu chí liên quan đến nguồn gốc của nguồn năng lượng, sử dụng đất hoặc nước và các khía cạnh kinh tế xã hội như điều kiện làm việc đã được đưa vào một số quy định và chương trình chứng nhận. Việc sử dụng cường độ phát thải là bước đầu tiên để cho phép tương tác, nhưng không nên ngăn cản các chính phủ và các công ty đưa vào các tiêu chí bổ sung. Việc sử dụng "hộ chiếu sản phẩm" có thể giúp kết hợp tất cả các tiêu chí này lại với nhau, cũng như chuẩn hóa các quy trình, giảm thiểu chi phí và tối đa hóa tính minh bạch.
Tài liệu tham khảo
IPHE đã phát triển một phương pháp để tính toán cường độ phát thải khí nhà kính của quá trình sản xuất và điều hòa hydro, và sẽ hoàn thiện phương pháp cho quá trình vận chuyển hydro. Phương pháp IPHE sẽ đóng vai trò là cơ sở cho tiêu chuẩn quốc tế đầu tiên về chủ đề này và có thể đóng vai trò là bước đầu tiên để áp dụng cường độ phát thải của quá trình sản xuất hydro trong các quy định.
Phương pháp IPHE chỉ định phát thải bằng không cho điện mặt trời, điện gió, điện thủy điện và điện địa nhiệt.
