Hydro 'gần như bền vững' có thể cắt giảm 95% lượng khí thải sản xuất amoniac
Vào tháng 4 năm 2024, công ty điện lực Axpo đã mở một cơ sở sản xuất hydro liền kề với một nhà máy thủy điện ở bang Graubünden của Thụy Sĩ. Một nhà máy sản xuất amoniac quy mô lớn sẽ cần cơ sở vật chất lớn hơn nhiều. Tín dụng: Keystone-SDA / Gian Ehrenzeller
Hiện đang tranh luận về việc liệu hydro được sản xuất bền vững có cần phải xanh 100% hay không. Sử dụng việc sản xuất amoniac và phân bón nhân tạo làm ví dụ, các nhà nghiên cứu đã tính toán rằng cuối cùng thì hydro “gần như bền vững” sẽ tốt hơn.
Hydro có vai trò được sản xuất bền vững trong quá trình chuyển đổi năng lượng và không chỉ đóng vai trò là phương tiện lưu trữ năng lượng hay nhiên liệu cho xe tải. Trong công nghiệp, nó có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào ngày nay cần đến hydro: ví dụ như trong sản xuất amoniac. Trên toàn thế giới, 180 triệu tấn amoniac được sản xuất mỗi năm, chủ yếu dùng cho ngành phân bón.
Lượng hydro cần thiết hiện được lấy từ khí đốt tự nhiên, dẫn đến lượng khí thải nhà kính cao và sự phụ thuộc vào các nước xuất khẩu khí đốt. Sử dụng hydro xanh như một giải pháp thay thế sạch sẽ đưa thế giới đến gần hơn với các mục tiêu về khí hậu và giảm sự phụ thuộc. Hydro xanh được sản xuất bằng nguồn điện bền vững thông qua quá trình gọi là điện phân.
Trong một nghiên cứu về ngành công nghiệp amoniac ở Châu Âu, các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông (HKUST) và ETH Zurich hiện đã tính toán các điều kiện để chuyển sản xuất amoniac sang hydro xanh hoặc gần như xanh. Nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.
Đã có hiệu quả kinh tế ở Tây Ban Nha và Na Uy
Hai kết quả nổi bật. Đầu tiên, ở một số nước châu Âu như Na Uy, Tây Ban Nha, Hungary hoặc Ba Lan, việc sản xuất amoniac từ hydro xanh hoặc gần như xanh đã có ý nghĩa kinh tế ngày nay. Ở những quốc gia này, việc tạo ra điện bền vững từ năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió đặc biệt tiết kiệm chi phí.
Điều này là nhờ điều kiện địa lý thuận lợi của các quốc gia này cũng như trợ cấp của nhà nước hoặc chi phí điện nói chung thấp. Điều thứ hai có nghĩa là, trong trường hợp không có nắng hoặc gió, việc sản xuất hydro có thể quay trở lại nhờ nguồn điện giá rẻ từ lưới điện. Kết quả là, các nhà sản xuất ở đây có thể làm việc mà không cần các giải pháp lưu trữ đắt tiền để có nguồn điện bền vững.
Thứ hai, ngay cả nguồn điện không hoàn toàn không có hóa thạch vẫn sẽ có tác động tích cực đến khí hậu. Theo nghiên cứu, hydro từ quá trình điện phân có ý nghĩa ngay cả khi một phần năng lượng được sử dụng không phải từ các nguồn tái tạo. Điều này cho phép các nhà sản xuất tự do chuyển sang sử dụng điện từ lưới điện, một số nguồn điện đến từ các nguồn hóa thạch, bất cứ khi nào thiếu nắng hoặc gió.
Một kg CO2 sẽ phù hợp với khí hậu
Tác giả chính của nghiên cứu là Stefano Mingolla, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại HKUST. Ông đã làm việc sáu tháng trong nhóm do Giovanni Sansavini, Giáo sư tại Khoa Cơ khí và Kỹ thuật Quy trình tại ETH Zurich dẫn đầu. Sansavini nói: “Nếu bạn sử dụng hầu hết hydro xanh để sản xuất amoniac, bạn có thể đạt được rất nhiều thành tựu rất nhanh chóng—đó là kết quả dễ dàng thực hiện”.
"Điều này trái ngược với các ứng dụng khác, trong đó hydro chỉ đóng vai trò lưu trữ năng lượng và yêu cầu chuyển đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác. Trong sản xuất amoniac, hydro được sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu thô, loại bỏ nhu cầu chuyển đổi không hiệu quả."
Các tính toán của Mingolla và các đồng nghiệp cho thấy lượng khí thải nhà kính từ sản xuất amoniac có thể giảm 95% so với hiện nay nếu lượng hydro sử dụng được sản xuất theo cách thải ra không quá một kg CO2 trên mỗi kg hydro. Nguồn điện cần thiết cho việc này sẽ phải xanh hơn đáng kể so với nguồn điện hiện tại ở Đức, Ba Lan và Hà Lan.
Ba quốc gia này là những nhà sản xuất amoniac lớn nhất ở châu Âu. Để so sánh: một kg hydro được sản xuất bằng hỗn hợp điện của Thụy Sĩ sẽ dẫn đến phát thải 1,7 kg CO2; con số sử dụng tổ hợp điện hiện tại ở Đức sẽ là 18 kg CO2, ở Hà Lan là 16 kg và ở Ba Lan là 33 kg.
Việc khử cacbon hoàn toàn để sản xuất hydro, thay vì chỉ 95%, sẽ cực kỳ tốn kém. 5% quá trình khử cacbon cuối cùng là phức tạp và tốn kém nhất; nó sẽ gần như tăng gấp đôi mức giá tổng thể. Sansavini nói: “Điều quan trọng là phải điều chỉnh tham vọng cho phù hợp”. “Sẽ phản tác dụng nếu hướng tới mục tiêu khử cacbon hoàn toàn, vì chi phí quá cao có thể làm chậm quá trình chuyển đổi năng lượng.”
Công viên năng lượng mặt trời và gió mới để sản xuất hydro
Tuy nhiên, Sansavini nhấn mạnh rằng hydro sẽ không được sản xuất trên quy mô lớn bằng cách sử dụng điện từ lưới điện vì trong nhiều trường hợp, cả khả năng sản xuất điện cục bộ và khả năng truyền tải lưới điện xuyên biên giới đều không đủ.
Một kịch bản có nhiều khả năng xảy ra hơn là các trang trại năng lượng mặt trời hoặc gió mới sẽ được xây dựng ngay bên cạnh các nhà máy amoniac hiện có. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi diện tích lan rộng
Như nghiên cứu cho thấy, một khu vực nhất định càng có điều kiện địa lý thuận lợi để tạo ra điện từ năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió thì càng cần ít đất.
Nam Âu và các khu vực dọc theo bờ biển Đại Tây Dương có lợi thế ở đây. Sansavini cho biết: "Vì số lượng đất cần thiết quá lớn nên chúng tôi cần suy nghĩ chủ yếu về việc sử dụng đất kết hợp—ví dụ: trang trại gió hoặc năng lượng mặt trời, nơi có thể thực hiện nông nghiệp cùng một lúc".
Hydro xanh có thể đã có tính cạnh tranh ở Na Uy, Tây Ban Nha, Hungary và Ba Lan, nhưng tính trung bình trên khắp châu Âu, việc sản xuất hydro xanh sẽ đắt hơn đáng kể so với việc chiết xuất hydro từ khí đốt tự nhiên. Sansavini cho biết: “Để hydro xanh có thể cạnh tranh ở mọi nơi, cần phải đầu tư thêm vào nghiên cứu và phát triển cũng như các biện pháp khuyến khích kinh tế”.
Chính xác ý nghĩa của hydro "xanh" hiện cũng đang được thảo luận ở EU. Sansavini giải thích: “Chúng ta cần cân bằng giữa chi phí và tác động đến môi trường. Bất kỳ định nghĩa nào cũng phải cho phép hydro xanh chứa một số năng lượng hóa thạch còn sót lại”.
Sử dụng ví dụ về sản xuất amoniac, nhóm nghiên cứu hiện đã tính toán đề xuất cho tỷ lệ dư lượng này: tối đa một kg khí thải CO2 trên mỗi kg hydro là có thể chấp nhận được và hợp lý.
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
