Viện khí hậu Đức kêu gọi các nhà hoạch định chính sách tập trung vào điện khí hóa trực tiếp và chỉ ưu tiên H2 cho một số lĩnh vực khó điện khí hóa
Theo một nghiên cứu khoa học mới được bình duyệt của Viện nghiên cứu tác động khí hậu Potsdam của Đức, hydro dựa trên điện sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc khử cacbon ở châu Âu, nhưng các nhà hoạch định chính sách chỉ nên tập trung sử dụng nó trong các lĩnh vực mà điện khí hóa trực tiếp là một lựa chọn khó có thể xảy ra.
“Một mô hình tính toán xem xét nhiều lộ trình chuyển đổi hệ thống năng lượng của EU đã chỉ ra rằng cách tốt nhất để đạt được mục tiêu trung hòa về khí hậu của EU [đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050] là các nhà hoạch định chính sách ưu tiên điện khí hóa trực tiếp cho ô tô chở khách và sưởi ấm ở nhiệt độ thấp. và điện khí hóa gián tiếp thông qua hydro và nhiên liệu tổng hợp cho ngành hàng không, vận tải biển, công nghiệp hóa chất và lưu trữ điện,” các nhà nghiên cứu viết.
“Chúng tôi nhận thấy rằng, trong [sáu] kịch bản của chúng tôi, 73-78% năng lượng cuối cùng ở EU27 được cung cấp bằng điện hoặc nhiên liệu hydro và nhiên liệu tổng hợp dựa trên điện vào năm 2050.
“Việc sử dụng điện trực tiếp trong năng lượng cuối cùng tăng từ 20% vào năm 2020 lên ít nhất 42-60% [vào năm 2050], trong khi 9-26% [năng lượng cuối cùng] được cung cấp bởi nhiên liệu tổng hợp và hydro dựa trên điện.”
Nghiên cứu – có tựa đề Vai trò khác biệt của điện khí hóa trực tiếp và gián tiếp trong con đường hướng tới hệ thống năng lượng châu Âu chủ yếu là năng lượng tái tạo và được công bố trên tạp chí One Earth – cho biết thêm rằng cả điện khí hóa trực tiếp và gián tiếp đều “bổ sung” và chúng sẽ chỉ hoàn thành trong hai phân đoạn - xe tải và nhiệt công nghiệp nhiệt độ cao — tổng cộng chiếm tới 15% nhu cầu năng lượng cuối cùng. Ở đây, EU nên linh hoạt về các lựa chọn cơ sở hạ tầng và công nghệ.
Các nhà nghiên cứu xác định “ba nền tảng để định hướng chính sách của EU”.
Đầu tiên là tập trung điện khí hóa trực tiếp và gián tiếp vào “các lĩnh vực không hối tiếc đã nêu” nêu trên; thứ hai là dỡ bỏ các rào cản đối với việc mở rộng năng lượng tái tạo; và thứ ba là khuyến khích mở rộng quy mô chuỗi cung ứng hydro.
Chuyên chở
Báo cáo chỉ ra rằng mặc dù các giải pháp pin-điện trong vận tải có hiệu suất cao nhưng “chúng gặp phải những hạn chế đối với các ứng dụng đường dài”.
Ô tô chở khách “gần như chuyển đổi hoàn toàn” sang sử dụng pin-điện trong mọi trường hợp - ngoại trừ hai trường hợp mà lệnh cấm trên toàn EU đối với ICE (phương tiện đốt trong) mới vào năm 2035 không được ban hành. Nhưng ngay cả ở đây, chỉ còn lại “một số xe ICE” vào năm 2050.
Trong ngành hàng không và vận chuyển đường dài, pin sẽ không khả thi, khiến nhiên liệu lỏng - hóa thạch, sinh học hoặc tổng hợp làm từ hydro - là những lựa chọn duy nhất.
Nghiên cứu cho biết: “Sự kết hợp giữa nhiên liệu gốc dầu cặn và nhiên liệu trung hòa carbon (nhiên liệu tổng hợp hoặc nhiên liệu sinh học) sẽ cung cấp lượng nhiên liệu vận tải lỏng còn lại vào năm 2050”. “Lượng khí thải từ nhiên liệu hóa thạch còn sót lại được bù đắp bằng cách loại bỏ CO 2 để đạt được mục tiêu trung hòa khí nhà kính [khí nhà kính].”
Nó cho biết thêm: “Trong các kịch bản của chúng tôi, tỷ lệ điện trong năng lượng cuối cùng [trong vận tải] (bao gồm cả hàng không và vận chuyển quốc tế) vào năm 2050 là từ 28% đến 41% và tỷ lệ của các hãng vận chuyển dựa trên hydro là từ 13% đến 32%.
Về lĩnh vực vận tải đường bộ, nghiên cứu không đưa ra kết luận chắc chắn nào, chỉ ra rằng nó tìm thấy “sự khác biệt mạnh mẽ” giữa các kịch bản, phần lớn phụ thuộc vào mật độ pin trong tương lai và việc triển khai sạc xe điện quy mô megawatt.
Sưởi
Vào năm 2050, hệ thống sưởi của các tòa nhà ở EU phần lớn sẽ được cung cấp bằng điện - chủ yếu là máy bơm nhiệt nhưng cũng có máy sưởi điện trở - trong tất cả các kịch bản.
Nghiên cứu giải thích: “Tỷ lệ cung cấp nhiệt dựa trên điện (về năng lượng hữu ích) tăng từ 17% vào năm 2020 lên 65-92% vào năm 2050 [tùy theo kịch bản],” nghiên cứu giải thích, phần còn lại đến từ hệ thống sưởi hoặc khí đốt của khu vực. (hóa thạch, khí sinh học hoặc metan tổng hợp).
Nó cho biết thêm: “Hệ thống sưởi hydro trực tiếp không có tính cạnh tranh ngay cả trong điều kiện công nghệ thuận lợi”. “Tổn thất năng lượng đáng kể và cơ sở hạ tầng lưới điện mới (trong trường hợp sử dụng hydro trực tiếp) khiến hệ thống sưởi bằng hydro hầu như không hấp dẫn so với hệ thống sưởi bằng điện.”
Ngành công nghiệp
Các nhà nghiên cứu viết rằng trong ngành công nghiệp nặng, cả chất mang năng lượng điện và năng lượng dựa trên hydro sẽ đóng một vai trò quan trọng.
“Chúng tôi nhận thấy tỷ lệ điện trong năng lượng cuối cùng (bao gồm cả sử dụng năng lượng phi năng lượng) [trong công nghiệp] sẽ tăng từ 23% vào năm 2020 lên 28-47% vào năm 2050, trong khi tỷ lệ các chất mang dựa trên hydro vào năm 2050 dao động từ 14% đến 44”. % (9-31% tỷ lệ nhiên liệu tổng hợp) trong các kịch bản.
“Ngoài ra, một phần đáng kể năng lượng cuối cùng đến từ nhiên liệu cacbon dựa trên sinh khối (16-22%), được sử dụng cho mục đích năng lượng và nguyên liệu.”
Lượng hydro cần thiết cho ngành thép phần lớn phụ thuộc vào quy mô giảm sắt trực tiếp ở EU vào năm 2050 - tức là thay thế than cốc để nung quặng sắt đồng thời loại bỏ oxy.
Và nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các quy trình nhiệt độ cao trong các lĩnh vực như xi măng, thủy tinh và gốm sứ “đặt ra những hạn chế đối với quá trình điện khí hóa vì các công nghệ cần thiết rất không chắc chắn”.
Nhưng trong lĩnh vực thực phẩm, giấy, máy móc và kim loại màu, hệ thống sưởi ở nhiệt độ thấp và trung bình có thể dễ dàng được cung cấp bằng bơm nhiệt hoặc sưởi ấm bằng điện trở.
Bài báo giải thích : “Nếu không có mạng lưới hydro quan trọng gần các trung tâm công nghiệp (như trong kịch bản H 2 ), việc sử dụng hydro trực tiếp để sưởi ấm chỉ đóng vai trò thứ yếu trong các lĩnh vực đó”.
Tổng cung và cầu
Vào năm 2050, việc sử dụng trực tiếp hydro sẽ ở mức từ 500 đến 1.800 TWh một năm — 15 triệu đến 54 triệu tấn — trong tất cả các kịch bản, phần lớn phụ thuộc vào lượng cần thiết để lưu trữ điện theo mùa (tức là chuyển đổi năng lượng mặt trời thành H 2 trong mùa hè và dự trữ để sản xuất điện vào mùa đông).
Trên hết, đến năm 2050, ít nhất 500TWh nhiên liệu tổng hợp (bao gồm amoniac và metanol) cũng sẽ được yêu cầu cho vận chuyển đường dài và hàng không cũng như sản xuất hóa chất (tức là phi năng lượng).
Để dễ hiểu về quy mô cần thiết đối với nhiên liệu tổng hợp, 500TWh amoniac tương đương với 96,7 triệu tấn NH 3 , cần khoảng 17,2 triệu tấn hydro để sản xuất.
Một triệu tấn hydro mỗi năm cần khoảng 10GW điện phân và 20GW năng lượng tái tạo, với chi phí đầu tư khoảng 30 tỷ USD, tính theo giá hiện nay.
Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ ra rằng nó không tính đến tác động khí hậu do rò rỉ hydro - bản thân H 2 là một loại khí nhà kính mạnh.
Một lượng rò rỉ hydro “không đáng kể” và tác động của nó lên mức zero ròng “sẽ ảnh hưởng đến kết quả của chúng tôi và đặc biệt có thể dẫn đến vai trò nhỏ hơn của việc sử dụng hydro trực tiếp”.
