Hai điểm tựa cho sự tái sinh của hydro—ExxonMobil và Verdagy
Thành Đô, Trung Quốc. Tàu điện đô thị chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới, với tốc độ tối đa 160 km ... [+]
Tại sao lại là hydro?
Ứng dụng nổi bật nhất của hydro lỏng là cho các ngành công nghiệp nặng khó cắt giảm như sản xuất hóa chất và phân bón, xi măng và kim loại như thép và nhôm. Danh sách khó cắt giảm cũng bao gồm nhiên liệu cho hàng không, vận chuyển và nhiên liệu cho xe tải đường dài. Tất cả các ngành công nghiệp này đều khó vận hành bằng điện, vì chúng cần nhiên liệu có mật độ năng lượng cao như than, than cốc, dầu diesel hoặc dầu hỏa. Nhưng tất cả các loại nhiên liệu này đều thải ra lượng lớn khí nhà kính (GHG).
Một sự thay thế rõ ràng là hydro lỏng có mật độ năng lượng cao nhưng về cơ bản là không phát thải. Các công ty dầu mỏ lớn rất phù hợp với việc sản xuất hydro vì họ có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực khí đốt tự nhiên và có nguồn tài chính dồi dào. Một ví dụ điển hình là ExxonMobil.
Nhưng có những ứng dụng hydro nhỏ hơn có thể được gọi là công nghiệp nhẹ: vận tải bằng xe buýt và ô tô, cần cẩu chở hàng, sưởi ấm cho các tòa nhà và nấu ăn. Việc thay thế khí đốt tự nhiên trong các nhà máy điện cũng khả thi.
Theo Rystad Energy, các ứng dụng hydro quy mô lớn trong các ngành công nghiệp nặng chỉ giới hạn ở mức 10-15% quá trình khử cacbon cần thiết trên toàn thế giới. Nhưng nguồn cung cấp hydro quy mô nhỏ có thể đóng góp lớn đến mức nào? Một trong số đó là BayoTech ở Albuquerque, New Mexico, nơi đã tạo ra và cung cấp hydro thành công cho các xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu phục vụ cả tiểu bang và trường học. Sử dụng biomethane làm nguyên liệu đầu vào, hydro của họ có hàm lượng carbon thấp hơn so với nguyên liệu đầu vào metan tiêu chuẩn trong hydro xanh.
Hydro xanh hay hydro xanh lục?
Chi phí là một câu hỏi dai dẳng liên quan đến việc tạo ra hydro và đây là một tình huống lưỡng cực. Đầu tiên, hydro xanh chiếm 95% sản lượng hydro, một phần là do chi phí thấp hơn (2-5 đô la/kg). Dưới nhiệt độ hơi nước, quá trình này biến đổi khí mêtan thành hydro và carbon dioxide, CO2. Mê-tan rất dồi dào vì nó là thành phần chính của khí đốt tự nhiên, do đó, các công ty dầu khí dễ dàng tiếp cận. Nhưng vấn đề là CO2 phải được cô lập nếu toàn bộ quy trình được dán nhãn là "carbon thấp". Thu giữ và lưu trữ carbon (CCS) thường ngụ ý lưu trữ CO2 trong các thành tạo sâu dưới lòng đất như các mỏ dầu khí cũ hoặc các lớp nước muối. Chi phí bao gồm cả việc xử lý CO2.
Thứ hai, hydro xanh trực tiếp hơn vì nó tách nước thành hydro và oxy bằng phương pháp điện phân. Khó thực hiện hơn và đắt hơn (4,5-12 đô la/kg). Nhưng nó sạch hơn về khí thải, đặc biệt là nếu sử dụng năng lượng tái tạo từ gió hoặc mặt trời để vận hành các ô điện phân, trong trường hợp đó, quy trình này là "không carbon".
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã đặt mục tiêu là 2 đô la/kg liên quan đến bảy trung tâm hydro lớn được thành lập trong năm qua và được tài trợ khoảng 1 tỷ đô la cho mỗi trung tâm. Một số dự án là hydro xanh trong khi những dự án khác là hydro xanh.
Hãy cùng xem một ví dụ về một công ty khởi nghiệp sản xuất hydro xanh quy mô nhỏ vào năm 2021 (tổng cộng khoảng 100 nhân viên) và một dự án hydro xanh quy mô lớn được xây dựng vào năm 1919 (tổng cộng 62.000 nhân viên). Cả hai dự án đều ở Hoa Kỳ. So sánh ưu và nhược điểm của từng dự án là một điều đáng suy ngẫm.
Hydro xanh quy mô nhỏ—Verdagy
Verdagy Inc. là một công ty nhỏ điều hành một nhà máy ở Thung lũng Silicon và một nhà máy hydro ở Moss Landing phía bắc Monterrey, California. Nhà máy sau là hệ thống hydro xanh kiềm công suất 2 MegaWatt (MW). Để rõ ràng hơn, Verdagy bán hệ thống điện phân hydro nhưng không bán hydro.
Trong hệ thống Verdagy, chất điện phân là chất lỏng, thường là kali hoặc natri hydroxit, với hai điện cực được ngăn cách bằng màng.
Điều này trái ngược với máy điện phân PEM, viết tắt của màng điện phân polyme (PEM), trong đó chất điện phân là vật liệu nhựa rắn. Một điểm khác biệt nữa: trong thiết bị Verdagy, các cell có thể được tân trang lại thay vì thay thế như trong quá trình thay thế ngăn xếp trong thiết bị PEM, và điều này giúp tiết kiệm chi phí đáng kể.
Máy điện phân eDynamic 20 Megawatt (MW) của Verdagy là một khối xây dựng mô-đun, có khả năng mở rộng đến... [+]
Verdagy
Theo Claudia Chow, một đại diện của công ty Verdagy, nhà máy Moss Landing đã hoạt động trong 12.000 giờ trong khoảng thời gian khoảng 3 năm, tương đương với 1.500 ngày làm việc tám giờ. Trong thời gian này, nhà máy đã nỗ lực giảm chi phí vốn và chi phí vận hành. Họ đang tạo ra một thiết kế có thể mở rộng để sản xuất, đang trên đà đạt được mục tiêu của DOE là 2 đô la/kg chi phí bình quân vào năm 2026.
Công ty cũng tuyên bố quy trình thương mại của họ hiệu quả và có độ tin cậy cao. Đây là một vấn đề không thể thay đổi đối với các máy điện phân hydro xanh vì chúng thực sự kém hiệu quả.
Verdagy đã tham gia hợp tác với các nhà sản xuất và công ty năng lượng tái tạo khác. Họ tập trung vào việc tạo ra hydro xanh với ba ứng dụng chung. Đầu tiên, như một nguyên liệu trong quá trình tinh chế, hóa dầu,
amoniac và phân bón, Thứ hai, nhiên liệu cho hàng không và vận tải biển. Thứ ba, các nhà máy sản xuất thép, nhôm và xi măng.
Marty Neese, Tổng giám đốc điều hành của Verdagy, Inc.
Verdagy
Một trung tâm hydro cho California
Trong tin tức gần đây, California đã được trao tặng Trung tâm hydro của riêng mình với số tiền 1,2 tỷ đô la, sẽ được mở rộng bằng các khoản đầu tư tư nhân trị giá 11 tỷ đô la. Sẽ có 37 dự án phụ, chưa được đặt tên, trên khắp tiểu bang. Điểm mấu chốt là, để đáp ứng các mục tiêu về khí hậu của tiểu bang, sản lượng hydro ở California sẽ phải tăng từ khoảng 7 triệu tấn mỗi năm lên 71 triệu tấn mỗi năm vào năm 2045. Tiểu bang tuyên bố rằng Trung tâm hydro sẽ tạo ra 220.000 việc làm và tiết kiệm được gần 3 tỷ đô la mỗi năm bằng cách tránh các vấn đề sức khỏe liên quan đến động cơ diesel.
Thật khó để thấy Verdagy không tham gia vào trung tâm hydro của California, nơi đặc biệt hướng đến hydro xanh.
Hydro xanh trên quy mô lớn—ExxonMobil
Khu phức hợp Baytown của ExxonMobil bao gồm một nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất và nhà máy olefin. Lực lượng lao động là 2.000 nhân viên thường trực và 2.300 nhân viên hợp đồng. Nhà máy lọc dầu gần Houston sẽ được cải tạo để sản xuất hydro xanh cộng với amoniac (NH3), trong khi sản phẩm phụ, CO₂, sẽ được lưu trữ trong một dự án CCS dưới Vịnh Mexico. Hydro sẽ được sử dụng cho nhà máy sản xuất olefin của ExxonMobil, nơi có thể giảm 30% lượng khí thải carbon. Olefin là sợi tổng hợp được sử dụng trong thảm, giấy dán tường và nội thất ô tô.
ExxonMobil đang nắm giữ bốn chìa khóa để mở khóa hydro. Đầu tiên, 1 Bcfd hydro xanh và 1 triệu tấn amoniac mỗi năm sẽ được sản xuất tại nhà máy lọc dầu Baytown, đồng thời thu giữ hơn 98% lượng khí thải CO2 liên quan. Công ty hiện đang đàm phán với các khách hàng tiềm năng để mua lượng hydro và amoniac dư thừa trong khoảng thời gian 2027–2028.
ExxonMobil và Air Liquide gần đây đã thông báo rằng họ sẽ hợp tác sản xuất hydro và amoniac ít carbon tại dự án Baytown của ExxonMobil. Sử dụng điện ít carbon, Air Liquide sẽ xây dựng bốn đơn vị tách khí lớn để cung cấp 9.000 tấn oxy và tối đa 6.500 tấn nitơ mỗi ngày cho cơ sở này.
Khoản đầu tư cuối cùng phải tuân theo chính sách của chính phủ, chẳng hạn như tín dụng thuế, cùng với các giấy phép quản lý cần thiết.
Thứ hai, bảy dự án trung tâm hydro đã được Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cấp khoản tiền lớn (khoảng 1 tỷ đô la mỗi dự án). Một trong số đó được gọi là Trung tâm HyVelocity, tập trung dọc theo Bờ biển Vịnh Hoa Kỳ và do Chevron cùng một số đối tác công ty tư nhân, bao gồm ExxonMobil và Mitsubishi (Palmer 2023h) tổ chức.
ExxonMobil sẽ nắm giữ các yếu tố quan trọng của dự án trung tâm này. Đầu tiên, dự án sẽ tận dụng mạng lưới bốn mươi tám trung tâm sản xuất hydro (lớn nhất thế giới). Thứ hai, sẽ có một nghìn dặm đường ống dẫn hydro chuyên dụng dọc theo bờ biển Louisiana và Texas. Thứ ba, có khả năng tạo ra mười nghìn việc làm thường xuyên.
Một mục tiêu kỹ thuật là giải quyết thách thức của DOE, được gọi là Hydrogen Shot, về việc tạo ra 1 kg hydro trong khi thải ra ít hơn 2 kg CO₂. Một mục tiêu khác là giảm 80% chi phí hydro xuống còn 1 đô la/kg trong vòng mười năm.
Chìa khóa thứ ba mà ExxonMobil nắm giữ là kế hoạch xuất khẩu amoniac xanh từ các nhà máy ở Houston sang Nhật Bản. JERA là công ty phát điện lớn nhất Nhật Bản và họ đã ký một thỏa thuận sẽ xuất khẩu khoảng một nửa lượng amoniac được sản xuất bởi dự án Baytown tái chế. Đây là một thỏa thuận lớn, mặc dù có điều kiện là ExxonMobil được hưởng tín dụng thuế liên bang.
Những điểm chính
Những điều trên minh họa cho một loạt các cách thức và phương pháp mà khu vực tư nhân có thể tạo ra hydro. Mặc dù những tiến bộ này rất thú vị, nhưng điều đáng ghi nhớ là các ứng dụng hydro về cơ bản dành cho các ngành công nghiệp nặng khó giảm thiểu và chúng chỉ chiếm một phần nhỏ trong các mục tiêu phi cacbon hóa của thế giới (15%).
Mặc dù vậy, chính quyền Hoa Kỳ vẫn đang đặt cược rằng nỗ lực phát triển hydro sẽ được đền đáp. Họ đang gieo mầm cho thị trường hydro bằng hàng xe tải tiền tài trợ và hy vọng điều này sẽ tạo ra việc làm và nhu cầu về hydro, và vâng, là sự sụt giảm đáng kể lượng khí thải GHG. Phần thưởng tiếp theo sẽ là các ngành công nghiệp mới có thể mở rộng quy mô đủ để giảm chi phí kinh doanh, giống như đã xảy ra với gió, mặt trời và pin.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
