Hydro và Nước: Đặt Tiêu thụ vào Quan điểm
Giới thiệu
Hydro là nguồn năng lượng sạch đã trở thành chủ đề tranh luận ngày càng tăng, với những lời chỉ trích thường trích dẫn lượng nước tiêu thụ cần thiết để sản xuất hydro. Mặc dù đúng là quá trình điện phân—quá trình phân tách nước thành hydro và oxy—cần nước, nhưng cuộc thảo luận rộng hơn về việc sử dụng nước thường bị bỏ qua. Nhiều người phản đối sản xuất hydro do nhu cầu về nước của nó đã không xem xét đến lượng nước tiêu thụ lớn hơn nhiều trong các ngành công nghiệp hàng ngày như nông nghiệp, sản xuất nước đóng chai và lọc dầu. Sự tập trung hạn hẹp vào hydro này đã bỏ qua lượng nước khổng lồ được sử dụng—và thường lãng phí—trong các quy trình mà xã hội chấp nhận mà không cần thắc mắc. Khi xem xét kỹ hơn các con số, ta thấy rằng sản xuất hydro chỉ đóng vai trò tương đối nhỏ trong việc tiêu thụ nước toàn cầu và trong nhiều trường hợp, là giải pháp thay thế bền vững hơn cho các hoạt động công nghiệp hiện tại.
Luận điểm
Mặc dù có nhiều lo ngại về lượng nước tiêu thụ để sản xuất hydro, nhưng một phân tích toàn diện cho thấy lượng nước sử dụng của hydro là rất nhỏ so với các hoạt động hàng ngày như nông nghiệp, sản xuất năng lượng và các ngành công nghiệp thương mại. Trong khi những người chỉ trích cho rằng sản xuất hydro sử dụng nhiều nước là không bền vững, họ thường bỏ qua các ngành công nghiệp tiêu thụ hoặc làm suy thoái lượng nước lớn hơn đáng kể với ít lợi ích hơn nhiều cho tính bền vững. Khi đặt trong bối cảnh, hydro nổi lên như một cách sử dụng nước có trách nhiệm và hiệu quả, đặc biệt là khi nước vẫn nằm trong lưu vực của nó, khiến quá trình này hoàn toàn có thể tái tạo.
Sản xuất hydro và sử dụng nước
Một trong những phản đối phổ biến nhất đối với sản xuất hydro là thực tế là nó đòi hỏi nước. Điện phân, quá trình mà nước được phân tách thành hydro và oxy, tiêu thụ khoảng chín lít nước cho mỗi kilôgam hydro được sản xuất. Hydro này, khi được sử dụng trong pin nhiên liệu, có thể cung cấp năng lượng cho xe cộ và tạo ra điện trong khi chỉ thải ra hơi nước như một sản phẩm phụ. Ví dụ, một chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro có thể di chuyển từ 60 đến 80 dặm chỉ với một kilôgam hydro, nghĩa là một bình đầy (khoảng năm kilôgam) cần khoảng 45 lít nước, gần bằng lượng nước sử dụng cho một lần giặt.
Điều thường bị bỏ qua là sản xuất hydro không phá hủy nước. Khi hydro được sử dụng trong pin nhiên liệu, nó kết hợp lại với oxy để tạo ra nước, về cơ bản là trả lại nước cho môi trường. Hơn nữa, hydro có thể được sản xuất bằng các nguồn nước không uống được, bao gồm nước biển, nước thải và nước lợ, nghĩa là nó không nhất thiết phải cạnh tranh với nguồn cung cấp nước uống. Các công nghệ tiên tiến cũng đang nổi lên để làm cho sản xuất hydro thậm chí còn tiết kiệm nước hơn, giúp giảm thêm dấu chân môi trường của nó.
Tiêu thụ nước của ngành nông nghiệp
Mặc dù sản xuất hydro thường bị chỉ trích vì sử dụng nước, nhưng nông nghiệp là một trong những ngành tiêu thụ nước lớn nhất trên toàn thế giới. Chỉ riêng việc tưới tiêu cho cây trồng đã chiếm khoảng 70% lượng nước ngọt toàn cầu. Ví dụ, sản xuất một kg hạnh nhân cần khoảng 4.000 lít nước, trong khi trồng lúa cần khoảng 2.500 lít cho mỗi kg. Trồng ngô, một mặt hàng chủ lực trong sản xuất nhiên liệu sinh học, sử dụng khoảng 450 lít cho mỗi kg—vượt xa lượng cần thiết để sản xuất một lượng hydro tương đương.
Sản xuất thịt thậm chí còn tốn nhiều nước hơn. Sản xuất một kg thịt bò cần khoảng 15.000 lít nước, chủ yếu là do lượng nước cần thiết để trồng cây thức ăn chăn nuôi. Ngay cả gia cầm, được coi là loại thịt tiết kiệm nước hơn, vẫn tiêu thụ khoảng 4.300 lít nước cho mỗi kilôgam. Quy mô sử dụng nước trong nông nghiệp lớn hơn nhiều so với sản xuất hydro, nhưng hiếm khi phải chịu sự giám sát chặt chẽ như vậy.
Trong hình trên, chúng ta thấy một vườn hạnh nhân ở California, nơi nước có thể khan hiếm. Tuy nhiên, với cách quản lý nước hợp lý, chúng tôi đã trồng hạnh nhân thành công ở đây—giống như nhiều loại cây trồng khác. Nếu chúng ta chỉ sử dụng hạnh nhân để sản xuất nước thì sao? Sẽ không công bằng—nhiều loại cây trồng sử dụng nhiều nước hơn gấp bội cho mỗi kilôgam so với sản xuất hydro. Vấn đề thực sự không phải là chọn lọc một cách sử dụng nước để phù hợp với chương trình nghị sự, mà là quản lý nước một cách bền vững trên toàn bộ lưu vực.
Chất thải từ ngành nước đóng chai và đồ uống
Một ngành tiêu thụ nước khác thường bị bỏ qua là ngành công nghiệp nước đóng chai. Chỉ sản xuất một lít nước đóng chai cần khoảng ba lít tổng lượng nước đầu vào, bao gồm cả quá trình tinh chế, đóng gói và vận chuyển. Chỉ riêng tại Hoa Kỳ, ước tính sản xuất nước đóng chai lãng phí khoảng 100-150 tỷ lít nước mỗi năm. Tương tự như vậy, ngành công nghiệp đồ uống nói chung tiêu thụ một lượng nước rất lớn. Sản xuất một lít soda cần hai đến bốn lít nước, sản xuất bia cần bốn đến bảy lít nước cho mỗi lít, và sản xuất rượu vang có thể sử dụng tới 1.000 lít cho mỗi lít rượu vang.
Sử dụng nước trong ngành công nghiệp và năng lượng
Sản xuất năng lượng truyền thống là một yếu tố chính khác gây ra tình trạng tiêu thụ nước. Lọc dầu cần từ 120 đến 300 gallon nước cho mỗi thùng dầu thô được xử lý. Sản xuất một gallon xăng có thể tiêu thụ từ ba đến bảy gallon nước, phần lớn lượng nước này bị mất trong quá trình làm mát. Ngược lại, pin nhiên liệu hydro chỉ cần lượng nước đầu vào tối thiểu sau quá trình sản xuất ban đầu và không gây ô nhiễm nước, không giống như khai thác và lọc nhiên liệu hóa thạch.
Ngành công nghiệp bán dẫn, nơi sản xuất chip trong điện thoại thông minh, máy tính và vô số thiết bị khác, cũng là ngành tiêu thụ nước lớn. Một nhà máy chế tạo chất bán dẫn có thể sử dụng từ hai đến bốn triệu gallon nước mỗi ngày, chủ yếu để làm sạch các tấm wafer silicon. Chỉ sản xuất một chiếc điện thoại thông minh có thể cần hơn 12.000 lít nước, nhiều hơn đáng kể so với lượng nước cần thiết để sản xuất một lượng lớn hydro.
Đảo ngược tình thế: Một cơ sở sản xuất nước thay vì tiêu thụ nước
Trong bối cảnh các cuộc thảo luận về mức tiêu thụ nước trong sản xuất năng lượng, điều quan trọng là phải nêu bật những cải tiến có tác dụng ngược lại—sản xuất nước như một sản phẩm phụ. Một ví dụ như vậy là cơ sở Tri-Gen của Toyota tại Cảng Long Beach, California (hiển thị trong hình ảnh nổi bật của bài đăng này). Được phát triển với sự hợp tác của FuelCell Energy, nhà máy sản xuất hydro đầu tiên thuộc loại này sử dụng khí sinh học tái tạo từ chất thải nông nghiệp để tạo ra hydro, điện và nước, đồng thời duy trì mức phát thải ròng bằng 0. Không giống như các hệ thống năng lượng truyền thống làm cạn kiệt tài nguyên nước, cơ sở này thực sự đóng góp nước có thể sử dụng cho hoạt động của mình.
Quy trình sản xuất hydro của Tri-Gen tạo ra tới 1.400 gallon nước mỗi ngày, một khối lượng đáng kể mà Toyota tái sử dụng để rửa xe và các nhu cầu hậu cần khác. Trong suốt một năm, con số này tương đương với khoảng 500.000 gallon nước—một sự tương phản hoàn toàn với các ngành công nghiệp tiêu thụ một lượng lớn nước ngọt mà không bổ sung. Bằng cách tích hợp chu trình nước tự duy trì này, Tri-Gen không chỉ cung cấp nhiên liệu cho xe ô tô chạy bằng pin nhiên liệu Mirai của Toyota và xe tải chạy bằng hydro hạng nặng mà còn giảm nhu cầu về nước ngọt tại địa phương—một điều đặc biệt có giá trị ở California, nơi dễ bị hạn hán.
Ngoài hoạt động của Toyota, mô hình này còn đưa ra một trường hợp thuyết phục cho nền kinh tế hydro rộng lớn hơn. Nếu được mở rộng quy mô, các cơ sở như vậy có thể đóng vai trò là trung tâm khu vực tạo ra hydro sạch đồng thời bù đắp lượng nước sử dụng trong các quy trình công nghiệp. Trái ngược với sản xuất pin, vốn làm cạn kiệt nước ở hầu hết mọi giai đoạn khai thác, tinh chế và sản xuất, các hệ thống hydro từ khí sinh học chứng minh năng lượng sạch có thể trả lại cho môi trường thay vì lấy đi từ môi trường.
Kết luận cuối cùng
Mặc dù sản xuất hydro cần nước, nhưng mức độ quan tâm mà nó nhận được là không cân xứng khi so sánh với các ngành công nghiệp khác tiêu thụ nhiều nước hơn rất nhiều với sự giám sát của công chúng ít hơn nhiều. Nông nghiệp, sản xuất thịt, nước đóng chai, lọc dầu và sản xuất chất bán dẫn đều sử dụng nhiều nước hơn gấp nhiều lần so với sản xuất hydro. Không giống như nhiều ngành công nghiệp khác, sản xuất hydro có tiềm năng hoàn toàn bền vững, sử dụng các nguồn nước không uống được và trả lại nước cho môi trường trong quá trình sử dụng cuối cùng.
Những người chỉ trích năng lượng hydro chỉ tập trung vào mức tiêu thụ nước của nó đã không thừa nhận bối cảnh rộng hơn về việc sử dụng nước trong các ngành công nghiệp hàng ngày. Thay vì lên án hydro, một công nghệ hứa hẹn cho quá trình khử cacbon, sự chú ý nên hướng đến các hoạt động sử dụng nước thực sự không bền vững, mang lại ít lợi ích cho môi trường hơn. Nếu xã hội nghiêm túc về việc bảo tồn nước, thì nên bắt đầu bằng cách đặt câu hỏi về các ngành công nghiệp lãng phí hàng nghìn tỷ lít nước mỗi năm thay vì chỉ trích một nguồn năng lượng cung cấp con đường bền vững để tiến lên và tạo ra việc làm trong nước.
Và cuối cùng—nếu bạn thực sự lo lắng về việc sử dụng nước, hãy cân nhắc lại về ly sữa hạnh nhân trước khi chỉ trích hydro. Chỉ nói vậy thôi.
