Điện sạch và hydro sạch bổ sung cho nhau như bơ đậu phộng và thạch.
Tôi là một nhà hóa học và đã dành nhiều năm nghiên cứu về hydro, vì vậy tôi có thể hơi thiên vị, nhưng đây là sự thật: hydro là một công nghệ năng lượng sạch thiết yếu để khử cacbon cho nền kinh tế của chúng ta. Đừng lấy nó từ tôi. Các phân tích từ Evolved Energy và IEA chỉ ra rằng hydro đóng vai trò thiết yếu trong việc làm sạch các ngành công nghiệp nặng và bẩn.
Như tôi đã giải thích trong bài đăng trước của mình, vốn đang chảy vào hydro sạch: khu vực tư nhân đã công bố hàng trăm tỷ đô la đầu tư vào dự án mới và luật mang tính bước ngoặt gần đây đang hỗ trợ hàng tỷ đô la tài trợ liên bang để thúc đẩy nền kinh tế hydro sạch.
Trong bài đăng thứ hai này trong loạt bài về hydro của chúng tôi, tôi sẽ giải thích lý do tại sao những phân tích đó đánh dấu hydro sạch lại quan trọng đến vậy.
Đầu tiên, hydro là gì?
Hydro (H) ở khắp mọi nơi. Trên thực tế, nó là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ và bạn, được tạo thành từ hydrocacbon, là vật chủ của hàng tỷ nguyên tử này! Nhưng để nó ở dạng hữu ích (H2) cần một số công việc (và năng lượng). Đối với những người không chuyên về hóa học, H2 là thứ chúng ta nhận được khi hai nguyên tử hydro liên kết với nhau và trở thành một phân tử hydro ổn định hơn. Liên kết đó là “chất mang năng lượng” của H2. Mặc dù H2 có thể được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng theo quy luật, chúng tôi thường phải tạo ra nó (và sẽ cần trong tương lai gần). H2 cực kỳ nhẹ và, như Giám đốc Công nghệ Eric Toone của chúng tôi thích nói, đó là “năng lượng hóa học thuần túy”. Bạn sẽ thấy tại sao điều đó lại quan trọng trong phần tiếp theo.
Có một số cách để tạo ra hydro và mỗi phương pháp có tác động kinh tế, khí thải và môi trường khác nhau. Chúng đã được đưa tin kỹ lưỡng trước đây—hãy xem tin tức của Cipher News và blog của nhà sáng lập Bill Gates của chúng tôi.
Hiện tại, điểm quan trọng nhất trong các phương pháp khác nhau này là: chúng ta có thể sản xuất hydro sạch mà không phát thải khí nhà kính. Hơn nữa, luật pháp liên bang chỉ làm cho việc sản xuất hydro sạch có chi phí cạnh tranh với sản xuất hydro sử dụng nhiều khí thải truyền thống.
Vì vậy, vì chúng tôi có thể tạo ra nó—và chúng tôi biết rất nhiều thứ sẽ được tạo ra trong tương lai—chúng tôi sẽ sử dụng nó như thế nào?
Tại sao chúng ta cần hydro sạch?
Tại Breakthrough Energy, chúng tôi nghĩ về cơ hội khử cacbon thông qua khuôn khổ năm thách thức lớn: đó là cách chúng tôi có thể nhanh chóng loại bỏ khí thải từ cách chúng tôi trồng thực phẩm, di chuyển xung quanh, sưởi ấm và làm mát các tòa nhà, chế tạo mọi thứ và giữ cho đèn luôn sáng.
Đối với nhiều lĩnh vực, câu trả lời sẽ là thay thế nhiên liệu bẩn bằng điện sạch. Chiến lược này có thể thực hiện được do khả năng chi trả của điện không carbon ngày càng tăng khi chi phí năng lượng tái tạo và lưu trữ năng lượng đã giảm và đầu tư vào các nguồn năng lượng sạch của công ty như hạt nhân và địa nhiệt tiên tiến đã tăng lên. Tuy nhiên, theo nhận xét của tôi ở trên, điện khí hóa một mình không thể loại bỏ hoàn toàn năm thách thức lớn của chúng ta.
Đây là lúc hydro xuất hiện. Có một số lĩnh vực quan trọng hiện đang thiếu một con đường khả thi cho điện năng để giải quyết toàn bộ vấn đề. Một số lĩnh vực, chẳng hạn như vận tải hạng nặng như vận chuyển, vận tải đường dài và hàng không, không thể được điện khí hóa hoàn toàn do giới hạn của công nghệ pin, vì vậy chúng ta sẽ cần thay thế nhiên liệu bẩn bằng nhiên liệu sạch được kích hoạt bởi hydro hoặc bằng hydro trực tiếp. Và trong các bộ phận của nền kinh tế xoay quanh việc sử dụng hoặc sản xuất hóa chất, như sản xuất nhựa, phân bón hoặc thép, bạn cần một phân tử như hydro để tạo ra các phản ứng hóa học cần thiết tạo ra sản phẩm cuối cùng.
Vì vậy, đừng hiểu sai ý tôi—electron rất tuyệt, nhưng đôi khi bạn cần một phân tử để hoàn thành công việc. Đó là lý do tại sao điện sạch và hydro sạch bổ sung cho nhau như bơ đậu phộng và thạch. Đơn giản là không có cách nào để đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 mà không có cả hai.
Làm thế nào hydro có thể được sử dụng?
Ngày nay, hydro chủ yếu được sử dụng làm hóa chất để tạo ra amoniac cho phân bón, sản xuất và tinh chế hóa chất. Việc thay thế hydro bẩn mà chúng ta hiện đang sử dụng bằng phiên bản không carbon sẽ giúp giảm 1,6% lượng khí thải toàn cầu. Mặc dù điều đó rất quan trọng, nhưng tiềm năng của hydro sạch như một công cụ khử cacbon vượt xa cả phân bón và tinh chế.
Có nguy cơ nghe có vẻ giống như một kỷ lục bị hỏng, hydro sạch cũng có thể là câu trả lời của chúng tôi cho các ứng dụng mà các giải pháp thay thế sạch khác không tồn tại.
Hãy xem xét hai ví dụ.
Sản xuất thép
Sản xuất thép ngày nay phụ thuộc vào một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch và sản xuất thép của Hoa Kỳ, mặc dù sạch hơn so với sản xuất ở các quốc gia khác, tạo ra 67 Mt CO2e hàng năm. Hydro sạch có thể được sử dụng để giảm trực tiếp sắt được sử dụng trong sản xuất thép và làm nguồn nhiệt, cả hai đều có thể giảm đáng kể lượng khí thải tới 97% trong ngành công nghiệp sử dụng nhiều carbon này, điều cần thiết cho cuộc sống hàng ngày, từ ô tô và các tòa nhà đến các tấm pin mặt trời và tua-bin gió.
hàng không
Nhiên liệu máy bay phản lực truyền thống là một dạng tinh khiết cao của cùng một loại dầu thô được sử dụng để sản xuất xăng. thương mại một
hiện chiếm 2,4% lượng khí thải carbon toàn cầu và nó chỉ đang tăng lên. Hydro cho thấy nhiều triển vọng như một loại nhiên liệu thay thế cho máy bay, được xử lý thông qua pin nhiên liệu hoặc được đốt cháy trực tiếp, đặc biệt đối với các chuyến bay tầm ngắn và tầm trung. Khát vọng dài hạn hơn, được hình dung dưới đây, là kết hợp hydro với nguồn carbon bền vững (bao gồm cả CO2 thu được) để tạo ra nhiên liệu hàng không bền vững có thể được xử lý bằng máy bay đốt nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù cần có nhiều đổi mới hơn để giảm chi phí của quy trình này, nhưng làm như vậy có thể giảm lượng khí thải so với nhiên liệu máy bay hóa thạch từ 75% đến 99%, đồng thời sẽ cho phép chúng tôi tiếp tục sử dụng máy bay và cơ sở hạ tầng hiện có.
Ngoài hàng không, thép và phân bón, hydro sạch cũng hữu ích trong các ứng dụng khác sau:
Hóa chất công nghiệp: hydro có thể được kết hợp với nguồn carbon bền vững để tạo ra nhựa sạch và hóa chất được sử dụng để sản xuất sơn, vải và dược phẩm, cùng những thứ khác.
Vận tải và vận chuyển đường dài: tương tự, hydro có thể tạo ra nhiên liệu đậm đặc năng lượng để vận chuyển hàng hóa xuyên lục địa và đại dương, ngoài phạm vi hoạt động của pin.
Lưu trữ năng lượng trong thời gian dài: chúng ta có thể tiết kiệm năng lượng gió và mặt trời dưới dạng hydro trong nhiều tháng và tái sử dụng nó thành điện (lý tưởng nhất là sử dụng pin nhiên liệu hoặc cách không có carbon khác để biến H2 trở lại thành điện) khi mặt trời không hoạt động tỏa sáng và gió không thổi. Bằng cách này, hydro có thể đáp ứng nhu cầu cấp thiết về lưu trữ năng lượng theo mùa.
Điểm mấu chốt:
Khi chúng ta nghĩ về việc giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, sẽ không có giải pháp nào giúp chúng ta đạt được mục tiêu của mình. Hydrogen là một trong nhiều mảnh ghép của câu đố khử cacbon. Chúng ta nên ưu tiên sử dụng nó ở những nơi không thể điện khí hóa và tiềm năng khử cacbon của nó là cao nhất.
Giống như rất nhiều công nghệ sạch khác (bao gồm cả điện sạch!), chúng tôi không chỉ nói về một thứ mà là toàn bộ hệ thống – từ sản xuất và phân phối đến lưu trữ và sử dụng – liên quan đến quá trình khử cacbon. Trong bài đăng tiếp theo, tôi sẽ đi vào chi tiết hơn về các tùy chọn khác nhau để lưu trữ và vận chuyển hydro cũng như cách chúng dẫn đến một số ứng dụng hydro tốt hơn các ứng dụng khác đối với khí hậu.
