Hydro là gì và tại sao nó lại là nguồn năng lượng sạch thiết yếu?

Hydro là gì và tại sao nó lại là nguồn năng lượng sạch thiết yếu?

Tên gọi hydro bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "nước" và "hình thành" — bản thân thông tin này đã gợi ý lý do tại sao nhiều chuyên gia tin rằng loại khí này đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng.

CẦU VỒNG MÀU SẮC HYDRO ĐANG MỞ RỘNG

Hydro là một trong những yếu tố quan trọng thay thế nhiên liệu hóa thạch trong công nghiệp và là nhân tố then chốt trong cuộc đua đạt mức phát thải ròng bằng 0 CO₂ vào năm 2050. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu hydro ngày càng tăng, việc sản xuất khí này với hàm lượng carbon thấp cần được mở rộng đáng kể. Hiện nay có nhiều kỹ thuật sản xuất khác nhau, mỗi loại được gọi bằng một màu riêng:

• Đỏ (Red): Quy trình điện phân tương tự hydro xanh nhưng được cung cấp năng lượng từ hạt nhân.

• Vàng (Yellow): Thường dùng để chỉ hydro được sản xuất bằng điện phân với nguồn năng lượng mặt trời.

• Xanh lá (Green): Sản xuất bằng cách điện phân nước sử dụng điện từ nguồn năng lượng tái tạo, tách hydro và oxy mà không phát thải CO₂.

• Trắng (White): Hydro tự nhiên có sẵn trong các mỏ dưới lòng đất.

• Vàng ánh kim (Gold): Được sản xuất bằng cách lên men vi sinh vật trong các giếng dầu đã cạn kiệt, sử dụng thu hồi CO₂ để đạt trung hòa carbon.

• Nâu (Brown): Quy trình truyền thống sản xuất hydro từ than nâu (lignite) hoặc than đen, phát thải lượng CO₂ lớn.

• Đen (Black): Tương tự như nâu, dùng than đen, phát thải CO₂ cao.

• Xám (Gray): Được sản xuất từ khí tự nhiên, là phương pháp phổ biến nhất hiện nay, phát thải ít hơn so với phương pháp dùng than nâu hoặc đen.

• Xanh lam ngọc (Turquoise): Tách methane từ khí tự nhiên thành hydro và “carbon đen” dạng rắn – nguyên liệu công nghiệp quan trọng, không phát thải CO₂.

• Xanh dương (Blue): Một con đường chính để khử carbon toàn cầu, kết hợp sản xuất hydro xám với công nghệ thu giữ CO₂ để giảm thiểu phát thải.

• Tím (Purple): (không có mô tả cụ thể trong hình) – thường được hiểu là hydro sản xuất bằng điện hạt nhân và điện phân.

• Hồng (Pink): (không có mô tả cụ thể trong hình) – thường dùng để chỉ hydro được sản xuất qua điện phân với điện hạt nhân.

Mỗi màu đại diện cho một phương pháp sản xuất khác nhau, góp phần đáp ứng nhu cầu hydro toàn cầu một cách bền vững và giảm thiểu phát thải khí nhà kính.

Vì sản phẩm phụ duy nhất khi đốt cháy hydro là nước, nên nó có tiềm năng khử cacbon trong nhiều lĩnh vực nếu được sản xuất bằng năng lượng tái tạo hoặc năng lượng hạt nhân, hoặc bằng nhiên liệu hóa thạch sử dụng công nghệ thu giữ carbon.

Tập đoàn Mitsubishi Heavy Industries (MHI) có chuyên môn đáng kể trong việc phát triển các sản phẩm và dịch vụ trong toàn bộ hệ sinh thái hydro. Bài viết này sẽ giải thích những điều bạn cần biết về loại nhiên liệu sạch của tương lai này.

Hydro xanh là gì? Giải thích các màu sắc khác nhau
Là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, khí hydro thực chất không màu nhưng nó được phân loại bằng nhiều màu sắc khác nhau để chỉ ra phương pháp sản xuất và tác động đến môi trường.

Đen và nâu ám chỉ các quy trình sản xuất hydro truyền thống, sử dụng than đen hoặc than nâu và thải ra lượng CO2 lớn. Hydro xám được chiết xuất từ khí tự nhiên thông qua một quy trình gọi là cải cách hơi nước, đây là phương pháp sản xuất phổ biến nhất hiện nay. Nó tạo ra ít khí thải hơn so với các quy trình đen hoặc nâu.

Sau đó là hydro "sạch" với lượng khí thải thấp: hydro xanh, được tạo ra bằng phương pháp điện phân, sử dụng điện từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời để phân tách nước thành hydro và oxy; hydro hồng, được tạo ra bằng quy trình tương tự như hydro xanh nhưng sử dụng năng lượng hạt nhân; và hydro xanh lam, được tạo ra bằng nhiên liệu hóa thạch và công nghệ thu giữ CO2.

Ngoài ra còn có các sắc thái khác, bao gồm hydro vàng tự nhiên, phản ánh phạm vi ngày càng mở rộng của các kỹ thuật đang được phát triển để giúp tạo ra đủ lượng khí đáp ứng nhu cầu tăng trưởng khi quá trình chuyển đổi năng lượng tiến triển.

Tại sao hydro sạch lại quan trọng đối với quá trình chuyển đổi năng lượng?

Ngày nay, hydro chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực lọc dầu và hóa chất và được sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), là một chất mang năng lượng đa năng, nó có thể giúp giải quyết nhiều thách thức năng lượng quan trọng.

Hydro có thể giúp khử cacbon cho nhiều lĩnh vực, đặc biệt là những lĩnh vực khó điện khí hóa, bao gồm các ngành công nghiệp nặng như thép. Với mật độ năng lượng cao hơn pin hoàn toàn chạy bằng điện, hydro có thể góp phần khử cacbon cho các phương tiện vận tải cần vận chuyển hàng hóa nặng trên quãng đường dài, chẳng hạn như xe tải và xe buýt.

Các chuyên gia cho biết hydro cũng đóng vai trò quan trọng như một phương tiện lưu trữ năng lượng tái tạo. Trong cuộc đua hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0, công suất lắp đặt từ các nguồn điện như năng lượng mặt trời và gió đang tăng tốc. Tuy nhiên, do phụ thuộc vào thời tiết, các nguồn này "không liên tục", khiến lưới điện cần nguồn điện phụ tải cơ bản đáng tin cậy và có thể điều độ nhanh chóng từ một nguồn khác.

Tua bin khí tiên tiến, có thể thải ra ít hơn 65% CO2 so với lò hơi đốt than truyền thống, là một lựa chọn tức thời. Nhưng hydro, vốn có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng sạch trong thời gian dài, ví dụ như trong các hầm muối khổng lồ của dự án Trung tâm Lưu trữ Năng lượng Sạch Tiên tiến ở Utah, cũng có thể hoạt động như nguồn điện phụ tải cơ bản và được sử dụng khi cần thiết.

Hydro có tiềm năng ổn định lưới điện khi chúng phát triển và chuyển đổi.

Nền kinh tế hydro là gì và cần những gì để tạo ra nó?

Các nhà hoạch định chính sách trên toàn cầu đã đặt ra những mục tiêu đầy tham vọng về việc sử dụng hydro để khử cacbon cho các ngành công nghiệp hiện đang phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Theo dữ liệu của IEA, tổng cộng có 60 chính phủ đã áp dụng các chiến lược hydro.

Xây dựng một nền kinh tế (hoặc hệ sinh thái) hydro, bao gồm sản xuất, lưu trữ, phân phối và sử dụng hydro, sẽ là chìa khóa để đạt được những mục tiêu này.

Điều quan trọng đối với điều này là phát triển và mở rộng công nghệ điện phân, xây dựng các bể chứa và đường ống cần thiết để lưu trữ và vận chuyển hydro một cách an toàn và hiệu quả, đồng thời đảm bảo các phương tiện và nhà máy công nghiệp được chế tạo hoặc điều chỉnh để chạy bằng hydro.

Tuy nhiên, để đạt được quy mô cần thiết để đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, cả nguồn cung và nhu cầu hydro đều cần phải tăng trưởng đáng kể.

Theo Emmanouil Kakaras, Phó Chủ tịch Điều hành GX Solutions, EMEA tại MHI, cần có các chính sách thực tế và khuôn khổ thị trường để đẩy nhanh việc áp dụng. Ông cho biết, việc tập trung vào các dự án triển vọng nhất có thể được nhân rộng trên quy mô lớn sẽ là chìa khóa cho điều này.

Cơ sở hạ tầng vận tải và lưu trữ sẽ đóng vai trò thiết yếu trong việc xây dựng nền kinh tế hydro.