Định lượng 'nền kinh tế hydro': Nghiên cứu phát hiện ra vai trò tương đối nhỏ nhưng quan trọng của quá trình khử cacbon
của Đại học Amsterdam
Các con đường giảm phát thải CO2 qua ba kịch bản. Nguồn: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56365-0
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã định lượng vai trò của "nền kinh tế hydro" trong việc giúp xã hội của chúng ta bền vững hơn. Trong một bài báo trên Nature Communications, họ trình bày kết quả của mô hình hóa mở rộng các con đường khử cacbon cho nền kinh tế châu Âu vào năm 2050.
Họ kết luận rằng khi nói đến việc cung cấp nguồn năng lượng chính bền vững, điện khí hóa sẽ chứng tỏ là con đường tiết kiệm chi phí nhất cho hầu hết các lĩnh vực kinh tế với tổng thị phần trung bình khoảng 60% trong mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng. Ngược lại, thị phần dự kiến sử dụng hydro trực tiếp sẽ là 10% ở mức cao nhất.
Trong cuộc tranh luận công khai và khoa học, "nền kinh tế hydro" đôi khi được trình bày như giải pháp tối ưu để giảm thiểu biến đổi khí hậu. Theo Giáo sư Bob van der Zwaan, khái niệm này vừa được quảng cáo quá mức vừa bị đánh giá thấp. "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng rất có thể điện khí hóa dựa trên năng lượng tái tạo sẽ là con đường khử cacbon hiệu quả nhất về mặt chi phí cho hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế.
"Chúng tôi chứng minh và định lượng, lần đầu tiên, vai trò của việc sử dụng hydro trực tiếp như một nhiên liệu sạch thay thế. Với chỉ 6 đến 10%, tỷ lệ dự kiến này tương đối nhỏ. Tuy nhiên, chúng tôi thấy vai trò quan trọng của hydro trong các lộ trình khử cacbon cụ thể, đặc biệt là đối với ngành công nghiệp nặng và giao thông vận tải."
Thách thức về mô hình hóa
Nghiên cứu do Van der Zwaan dẫn đầu là một phần của dự án nghiên cứu hợp tác giữa nhiều tổ chức do Viện Công nghệ Hoàng gia KTH tại Stockholm, Thụy Điển dẫn đầu. Được gọi là Diễn đàn Mô hình Khí hậu và Năng lượng Châu Âu (ECEMF), dự án này nhằm mục đích thiết lập cơ sở bằng chứng thống nhất và mạch lạc để phát triển chính sách nhằm giảm phát thải CO2. Trọng tâm của dự án là so sánh các kết quả mô hình và củng cố cộng đồng mô hình hóa Châu Âu. Đối với nghiên cứu này, tám mô hình hệ thống năng lượng đã được thiết lập tốt đã được kết hợp để đánh giá một loạt các lộ trình hướng tới mục tiêu đạt được mức phát thải CO2 ròng bằng 0 ở Châu Âu trong nửa đầu thế kỷ 21.
Các mô hình kết hợp các khía cạnh kỹ thuật và kinh tế để đưa ra các dự báo khả thi cho việc triển khai công nghệ. Theo Van der Zwaan, một trong những thách thức liên quan đến quá trình chuyển đổi năng lượng là cái gọi là "liên kết khu vực".
"Chúng tôi từng mô hình hóa các khu vực kinh tế ít nhiều độc lập", ông nói, "nhưng giờ đây chúng tôi thấy sự phụ thuộc lẫn nhau đang phát triển giữa các khu vực trước đây rất khác nhau. Ví dụ, hãy lấy khu vực nhà ở—tòa nhà, căn hộ, nhà ở—và khu vực giao thông.
"Với số lượng lớn các tấm pin mặt trời trên mái nhà và mọi người sạc ô tô điện tại nhà, những khu vực đó ngày càng trở nên kết nối với nhau hơn. Tương tự như vậy, khu vực điện và ngành công nghiệp sẽ ngày càng gắn bó chặt chẽ với nhau. Chúng ta phải lập mô hình tất cả những điều đó nếu muốn đưa ra những dự đoán hợp lệ".
Mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng
Các kết quả hiện được công bố liên quan đến "mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng", ví dụ như điện tái tạo được sử dụng trực tiếp hoặc lưu trữ trong pin ô tô và hydro được sử dụng làm nhiên liệu sạch, bền vững. Tập trung vào khía cạnh này, các nhà nghiên cứu đưa ra dự đoán về thị phần hydro là 6–10%.
Van der Zwaan thừa nhận đây chỉ là một phần của nền kinh tế hydro tiềm năng. "Thật vậy, trong mô hình hóa tương lai, chúng tôi cũng sẽ đưa vai trò trung gian, hỗ trợ của hydro vào nhiều quá trình chuyển đổi bền vững. Hãy nghĩ đến việc sản xuất dầu hỏa tổng hợp để không còn nhiên liệu hóa thạch trong du lịch hàng không. Hoặc làm cho ngành công nghiệp hóa chất bền vững hơn. Và hydro có thể là một bộ đệm để giải quyết tình trạng không liên tục của việc sản xuất điện tái tạo."
Theo ước tính sơ bộ, ông hy vọng rằng việc đưa những cách sử dụng như vậy vào có thể đưa thị phần của nền kinh tế hydro lên gấp đôi mức dự kiến hiện tại. Để thiết lập con số đó một cách chính xác và chắc chắn hơn, các nhà nghiên cứu ECEMF sẽ tiếp tục nghiên cứu các mô hình của họ. "Chúng tôi thực sự phải mở rộng ranh giới ở đó, vì chúng tôi đang làm việc ở giới hạn kiến thức của mình."
Tiếp tục phát triển nền kinh tế hydro
Van der Zwaan nhấn mạnh rằng mặc dù nền kinh tế hydro có thể không trở thành động lực phát triển bền vững quan trọng nhất trong tương lai, nhưng xã hội thực sự cần tiếp tục phát triển.
"Tôi đã đề cập đến một số ứng dụng quan trọng mà hydro có thể trở nên không thể thiếu. Do đó, việc thu thập tất cả các thông tin chi tiết có liên quan cần thiết để hiện thực hóa sản xuất, lưu trữ và sử dụng hydro trên quy mô lớn và có được kinh nghiệm thực tế rất cần thiết là điều bắt buộc. Chúng ta phải đảm bảo rằng hydro thực sự có thể đóng vai trò quan trọng mà chúng ta, những người lập mô hình hệ thống năng lượng, hiện đang thấy đối với hydro—một vai trò có vẻ tương đối hạn chế, nhưng có khả năng là cơ bản."
Nghiên cứu do Giáo sư Van der Zwaan của Đại học Amsterdam và TNO Energy and Materials Transition dẫn đầu.
