Giấc mơ Hydro Xanh của Thế giới đang tan thành mây khói?
Hydro xanh được kỳ vọng sẽ làm sạch các ngành công nghiệp ô nhiễm như thép và vận tải biển. Tuy nhiên, chi phí cao, đầu tư giảm sút và các dự án đang bị đình trệ. Liệu đây có phải là nhiên liệu của tương lai - hay một canh bạc khí hậu đã thất bại?
Chiến lược cơ bản trong cuộc chiến hạn chế biến đổi khí hậu là cung cấp năng lượng cho mọi thứ bằng điện được tạo ra từ gió, mặt trời hoặc các nguồn sạch khác.
Nhưng có một vấn đề: Một số thứ không thể dễ dàng vận hành bằng điện. Hãy nghĩ đến các nhà máy thép, nhà máy xi măng và máy bay chở khách đường dài. Chúng cần một loại nhiên liệu sạch có thể được lưu trữ và đốt cháy, đôi khi ở nhiệt độ cao. Đây chính là lúc hydro xanh phát huy tác dụng. Tùy thuộc vào người bạn hỏi, công nghệ gây tranh cãi này có thể là một mảnh ghép quan trọng trong việc giảm khí nhà kính hoặc là một sự đánh lạc hướng bị thổi phồng quá mức và quá đắt đỏ.
Các chính phủ và công ty trên khắp thế giới đã ủng hộ tầm nhìn này. Ví dụ, Úc có tham vọng trở thành quốc gia dẫn đầu toàn cầu về hydro vào năm 2030. Nhưng hiện tại, các nhà đầu tư đang rút lui khỏi các dự án, khiến mục tiêu đó ngày càng trở nên khó thành hiện thực. Tương lai của hydro xanh cũng đối mặt với sự bất ổn tại Hoa Kỳ sau khi chính quyền Trump cắt giảm tài trợ cho các dự án năng lượng sạch.
Ưu điểm của hydro là gì?
Điện có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hầu hết mọi thứ, nhưng nó vẫn chưa phải là một lựa chọn thực tế cho một số quy trình công nghiệp. Luyện thép từ quặng sắt hoặc sản xuất xi măng đòi hỏi nhiệt độ cực cao — về mặt lý thuyết, điện có thể cung cấp, nhưng vẫn chưa hiệu quả về mặt chi phí ở quy mô lớn. Tương tự, máy bay và tàu thuyền có thể chạy bằng điện cho các chuyến bay ngắn, nhưng pin có thể cung cấp năng lượng cho các chuyến đi dài vẫn chưa xuất hiện. Hydro có thể giúp làm sạch những lĩnh vực khó giảm thiểu này.
Một máy bay điện chạy bằng hydro lỏng do H2FLY và các đối tác phát triển trong chuyến bay thử nghiệm tại Slovenia vào tháng 9 năm 2023. Nhiếp ảnh gia: Peter Santini/Bloomberg
Hydro được sản xuất bằng năng lượng, và khi năng lượng đó đến từ năng lượng tái tạo — không thải ra khí nhà kính — nó được gọi là hydro "xanh". Sau đó, nó có thể được đốt trực tiếp làm nhiên liệu, ví dụ, trong các lò nung công nghiệp nhiệt độ cao. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu, tạo ra điện thông qua phản ứng điện hóa thay vì quá trình đốt cháy. Về mặt lý thuyết, máy bay, tàu chở hàng và tàu hỏa có thể chạy bằng pin nhiên liệu kết hợp với bình chứa hydro, mang lại giải pháp cắt giảm khí thải mà không cần dừng sạc lâu.
Trong khi các loại nhiên liệu xanh khác như nhiên liệu sinh học hoặc các lựa chọn thay thế tổng hợp đang nổi lên, hydro xanh là một trong số ít các lựa chọn không phát thải đang được xem xét nghiêm túc ở quy mô lớn cho các ứng dụng này.
Hydro là yếu tố cần thiết để đạt được mức phát thải ròng bằng 0
Lượng hydro mà mỗi ngành công nghiệp toàn cầu cần để loại bỏ khí thải carbon
Nguồn: BloombergNEF
Hydro được tạo ra như thế nào?
Hydro là nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ, nhưng nó thường liên kết với các hợp chất như nước hoặc metan. Để được sử dụng làm nhiên liệu, hydro tinh khiết phải được chiết xuất từ những vật liệu này.
Một phương pháp phổ biến là chuyển hóa metan bằng hơi nước. Phương pháp này bao gồm phản ứng giữa metan - thường là khí tự nhiên - với hơi nước rất nóng để tạo ra hydro và carbon monoxide. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, nhưng vì thải ra một lượng lớn carbon nên nó không được coi là thân thiện với khí hậu. Hydro xám được tạo ra, nhưng nếu lượng carbon thải ra được thu giữ và lưu trữ, nó được phân loại là hydro xanh.
Một phương pháp khác bắt đầu với nước. Một máy gọi là máy điện phân sẽ phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy bằng điện. Nếu nguồn điện đó đến từ các nguồn tái tạo như gió hoặc mặt trời, và do đó không thải ra bất kỳ khí nhà kính nào, thì nó được coi là hydro xanh.
Ngoài ra còn có hydro địa chất, tồn tại trong các túi dưới lòng đất, mặc dù cho đến nay chỉ có một số ít các mỏ lớn, tập trung được phát hiện. Tuy nhiên, động lực đang gia tăng trong lĩnh vực này để tìm kiếm các trữ lượng đáng kể có thể khai thác - điều này sẽ rẻ hơn nhiều so với việc khai thác nó từ nước hoặc khí tự nhiên.
Các bồn chứa hydro, trạm biến áp điện và máy điện phân đang trong giai đoạn xây dựng cuối cùng tại một nhà máy hydro xanh ở Puertollano, Tây Ban Nha, vào tháng 5 năm 2022. Ảnh: Angel Garcia/Bloomberg
Tình hình của ngành công nghiệp hydro xanh hiện nay như thế nào?
Nhu cầu và việc sử dụng hydro làm nguồn năng lượng vẫn còn hạn chế. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), hydro phát thải thấp - bao gồm cả hydro xanh lá cây và hydro xanh lam - chỉ chiếm 0,7% tổng mức tiêu thụ hydro vào năm 2023. Trong khi đó, BloombergNEF, nhà cung cấp dịch vụ nghiên cứu hàng hóa và công nghệ đột phá của Bloomberg, dự đoán rằng hydro xanh khó có thể cạnh tranh về giá với các lựa chọn thay thế từ nhiên liệu hóa thạch như hydro xám trước năm 2030, và thậm chí khi đó chỉ ở một số thị trường nhất định.
Việc sử dụng hiện tại tập trung ở các lĩnh vực đã sử dụng hydro, chẳng hạn như lọc dầu và sản xuất phân bón. Việc sử dụng hydro trên quy mô lớn cho các ứng dụng khác như sản xuất thép hoặc pha trộn vào lưới điện khí đốt tự nhiên vẫn đang được thử nghiệm hoặc trong giai đoạn đầu.
Một số ít tàu hỏa trên khắp thế giới hiện đang chạy bằng hydro, bao gồm một tàu đã được đưa vào hoạt động tại Đức vào năm 2018 và một tàu khác tại Nhật Bản vào năm 2022. Trong khi đó, nhà sản xuất thép Thụy Điển SSAB đang hợp tác với Volvo để sản xuất các bộ phận ô tô bằng thép xanh được sản xuất bằng hydro. Công ty đã giao những bộ phận xe tải đầu tiên cho nhà sản xuất ô tô này vào năm 2021 và có kế hoạch sản xuất thép không hóa thạch ở quy mô thương mại vào năm 2026. Tại Úc, một cơ sở sản xuất hiện đang pha trộn hydro tái tạo vào lưới điện khí đốt tự nhiên phục vụ khoảng 4.000 hộ gia đình và doanh nghiệp.
Ngành công nghiệp thép là một trong những ngành gây ô nhiễm lớn nhất. Đây là một dự án mới sản xuất thép không hóa thạch đầu tiên trên thế giới
Mặc dù xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro đã tồn tại, nhưng Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính chỉ có chưa đến 100.000 xe đang lưu thông trên đường - một phần nhỏ trong số 40 triệu xe điện chạy bằng pin trên toàn thế giới. Việc tiếp nhận bị hạn chế bởi cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu còn hạn chế, chi phí cao và hiệu suất năng lượng thấp hơn so với pin.
Trong khi đó, hydro đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy bay trong nhiều chuyến bay trình diễn, và ngành hàng không toàn cầu đã cam kết đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Tuy nhiên, với việc các công ty hàng đầu trong ngành như Airbus đang trì hoãn kế hoạch áp dụng nhiên liệu xanh, việc sử dụng rộng rãi trong thương mại có thể vẫn còn nhiều năm nữa.
Tại sao việc sử dụng hydro xanh vẫn chưa trở thành xu hướng chủ đạo?
Sản xuất hydro ở quy mô lớn đòi hỏi một lượng lớn điện tái tạo và các thiết bị điện phân đắt tiền, và việc áp dụng công nghệ này sẽ yêu cầu người dùng cuối phải cải tạo hoặc thay thế thiết bị — một nhà máy thép không thể chỉ cần đổi than lấy hydro, và các nhà máy điện chạy bằng khí đốt không thể đốt hydro nếu không được nâng cấp. Khoản đầu tư ban đầu đó đã khiến nhiều nhà phát triển do dự.
Trong thập kỷ qua, hydro xanh đã có những bước tiến rõ ràng về mặt kỹ thuật — các thiết bị điện phân hiện đại hiện nay lớn hơn, hiệu quả hơn và rẻ hơn để sản xuất, đặc biệt là ở Trung Quốc. Tuy nhiên, sản xuất vẫn phụ thuộc rất nhiều vào trợ cấp và không thể cạnh tranh với chi phí thấp hơn của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Các bồn chứa hydro tại một nhà máy hydro xanh ở Kuqa, Trung Quốc, vào tháng 8 năm 2023. Nguồn: VCG/Getty Images
Việc lưu trữ và vận chuyển hydro cũng vẫn là những rào cản lớn về mặt kỹ thuật và tài chính. Ở nhiệt độ bình thường, hydro chiếm rất nhiều không gian, khiến nó không thực tế cho việc vận chuyển đường dài. Nén hydro thành khí hoặc chuyển thành chất lỏng để vận chuyển là phương pháp hợp lý nhất, nhưng cả hai quy trình và phương pháp lưu trữ này đều tốn kém, tiêu tốn năng lượng và tương đối kém hiệu quả.
Để lưu trữ hydro dưới dạng khí, hydro phải được nén và giữ trong các bình chứa áp suất cao, đòi hỏi năng lượng đáng kể và gây ra nguy cơ cháy nổ và rò rỉ. Để đạt được dạng hóa lỏng, hydro cần được làm lạnh cực độ và sau đó phải được lưu trữ ở nhiệt độ rất thấp bên trong các bình chứa đông lạnh để giảm thiểu sự bay hơi. Theo BloombergNEF, quá trình này tiêu thụ tới 40% hàm lượng năng lượng ban đầu của nó. Có những lựa chọn khác như lưu trữ nhiên liệu trong các hang muối dưới lòng đất, nhưng điều đó chỉ khả thi ở một số dạng địa chất nhất định và không giải quyết được vấn đề vận chuyển.
Việc vận chuyển hydro trên những khoảng cách xa cũng đặt ra những thách thức. Nó có thể được vận chuyển qua đường ống theo cách tương tự như mê-tan nhưng có thể xảy ra rò rỉ, góp phần tạo ra khí nhà kính. Đường ống chuyên dụng rất khan hiếm — ước tính chỉ có khoảng 5.000 km trên toàn cầu, chủ yếu phục vụ các trung tâm công nghiệp — và việc xây dựng những đường ống mới sẽ mất nhiều năm. Đường ống cũng dễ bị ảnh hưởng bởi tác động giòn của hydro lên kim loại, có thể gây nứt.
Việc vận chuyển hydro bằng tàu thủy thậm chí còn khó khăn hơn. Hydro không có mật độ năng lượng cao, ngay cả khi được nén, vì vậy cần phải vận chuyển với khối lượng rất lớn để tiết kiệm. Ở dạng lỏng, việc giữ đủ lạnh là quá khó — chuyến hàng hydro lỏng đầu tiên từ Úc đã bốc cháy vào năm 2022. Hydro đã được vận chuyển ở các dạng đặc hơn, ổn định hơn như amoniac và metanol, nhưng cả hai đều rất độc hại và gây ra rủi ro về môi trường và an toàn nếu bị tràn.
Suiso Frontier, tàu chở dầu chở lô hàng hydro lỏng đầu tiên, đã gặp sự cố cháy khí vào tháng 1 năm 2022. Nhiếp ảnh gia: Carla Gottgens/Bloomberg
Liệu các quốc gia vẫn đang đặt cược lớn vào hydro?
Theo Nigel Rambhjun, nhà phân tích hydro tại công ty nghiên cứu năng lượng độc lập Rystad, hydro xanh đã thu hút được nhiều đầu tư và sự quan tâm nhất so với các loại hydro bẩn hơn. Tuy nhiên, đầu tư cũng đang chậm lại: chi tiêu toàn cầu cho hydro sạch đã giảm một nửa vào năm 2024 xuống còn 24,3 tỷ đô la.
Tuy nhiên, theo BloombergNEF, hơn 60 quốc gia hiện đã công bố lộ trình hydro và các chính phủ đã dành ít nhất 275 tỷ đô la cho hydro sạch vào tháng 3 năm 2025.
EU và các quốc gia thành viên đang dẫn đầu nỗ lực này, với 118 tỷ đô la được cam kết tính đến tháng 3 và các cơ chế tài trợ mới như Ngân hàng Hydrogen - một phương tiện đầu tư của châu Âu - bắt đầu được triển khai. Tuy nhiên, việc xây dựng đường ống vẫn chậm, mục tiêu sản xuất năm 2030 vẫn nằm ngoài tầm với và các dự án đã bị trì hoãn, bị bỏ rơi bất chấp sự hỗ trợ của chính phủ.
Triển vọng tại Hoa Kỳ đã trở nên ảm đạm sau khi chính quyền Trump thông qua dự luật thuế trị giá hàng nghìn tỷ đô la, cắt giảm ngân sách cho năng lượng sạch, bao gồm cả hydro. BloombergNEF hiện dự kiến chỉ có 150.000 tấn công suất hydro xanh hàng năm đủ điều kiện nhận trợ cấp vào năm 2030 - giảm mạnh so với mức 1,2 triệu tấn được dự báo trước đó. Sự thay đổi này đã khiến các nhà phát triển lo ngại và làm giảm đà tăng trưởng của thị trường hydro được kỳ vọng sẽ trở thành hàng đầu.
Tại Úc, tham vọng trở thành siêu cường hydro xanh với đường ống dự án trị giá 225 tỷ đô la Úc (147 tỷ đô la Mỹ) - lớn nhất toàn cầu - đã bắt đầu chững lại. Các nhà phát triển lớn như BP đã rút khỏi các dự án và đường ống của quốc gia này hiện đang bị thu hẹp. Mặc dù các khoản trợ cấp của liên bang vẫn được duy trì, hầu hết nguồn tài trợ đều gắn liền với việc chứng minh khả năng thương mại ngay từ đầu - một yêu cầu khó khăn trong thị trường hiện nay.
Ngược lại, Trung Quốc và Ấn Độ đang nỗ lực giành ưu thế trong sản xuất hydro giá rẻ. Trung Quốc - quốc gia tiêu thụ hydro lớn nhất thế giới - đang nhanh chóng phát triển năng lực sản xuất và triển khai, với mục tiêu tự cung tự cấp cho thị trường nội địa. Ấn Độ đã đặt ra các mục tiêu đầy tham vọng trong Sứ mệnh Hydro Xanh trị giá 21 tỷ đô la và đang đưa ra các ưu đãi để tăng sản lượng trong nước.
Xe tải chạy bằng hydro tại một cảng ở Trùng Khánh, Trung Quốc, vào tháng 4. Trung Quốc là quốc gia tiêu thụ hydro lớn nhất thế giới. Ảnh: Tang Yi/Tân Hoa Xã/Getty Images
Nhu cầu về hydro xanh dự kiến sẽ tăng lên?
Chi phí cao đã khiến nhu cầu hydro xanh toàn cầu ở mức thấp trong ngắn hạn. Giá carbon quá thấp để khuyến khích việc sử dụng hydro sạch hoặc các dẫn xuất như amoniac, ngay cả ở Liên minh Châu Âu. Tuy nhiên, nhu cầu về hydro sạch dự kiến sẽ tăng trưởng trong dài hạn.
Thị trường hydro xám - chiếm 90 triệu tấn mỗi năm, gần như toàn bộ lượng hydro được tiêu thụ hiện nay - được dự báo sẽ suy giảm khi các phân tử xanh trở nên rẻ hơn theo thời gian. Theo McKinsey, đến năm 2050, hydro sạch dự kiến sẽ chiếm từ 73 đến 100% tổng nhu cầu hydro.
Sản lượng hydro sạch dự kiến sẽ tăng
Nguồn: BloombergNEF
Lưu ý: Dự báo dựa trên các dự án đã công bố.
Điều gì đang bị đe dọa?
Liệu hydro xanh có trở thành trụ cột của hệ thống năng lượng toàn cầu hay chỉ còn là một giải pháp ngách sẽ phụ thuộc vào những gì sẽ xảy ra trong vài năm tới.
Nếu hydro trở nên đủ rẻ và dồi dào, lợi ích tiềm năng sẽ rất lớn. Hydro có thể giúp cắt giảm hàng tỷ tấn khí thải carbon, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng và định hình lại thị trường nhiên liệu toàn cầu.
Nhưng nếu nền kinh tế không cải thiện đủ nhanh, nguy cơ là các chính phủ và công ty sẽ đổ hàng trăm tỷ đô la vào một giải pháp không bao giờ mở rộng quy mô và sụp đổ dưới sức nặng của chính sự cường điệu của nó.
