Hydro xanh – Nguồn năng lượng cho tương lai của vận tải hành khách và hàng hóa?
Hydro xanh đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng quan trọng cho quá trình khử cacbon trong vận tải, nhưng một nghiên cứu của Đại học Michigan cho thấy những phát hiện mới về hiệu quả năng lượng chỉ ra rằng nó nên được sử dụng một cách chiến lược trong vận tải đường bộ, đường sắt, hàng không và đường biển hạng nặng.
Hydro xanh được sản xuất bằng phương pháp điện phân với năng lượng tái tạo để phân tách nước thành hydro và oxy. Nó có thể được sử dụng trực tiếp hoặc trong nhiên liệu tổng hợp, còn được gọi là nhiên liệu điện tử, để khử cacbon trong vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không. Ngành vận tải chịu trách nhiệm cho khoảng 22% lượng khí thải carbon dioxide từ nhiên liệu hóa thạch toàn cầu và 37% lượng khí thải carbon dioxide từ nhiên liệu hóa thạch của Hoa Kỳ.
Để giảm thiểu biến đổi khí hậu, điều quan trọng là phải khử cacbon trong vận tải—cả vận tải hành khách và vận tải hàng hóa, theo các nhà nghiên cứu, những người đã tính toán hiệu quả năng lượng toàn hệ thống khi sử dụng hydro xanh trực tiếp hoặc gián tiếp trong nhiên liệu điện tử để cung cấp năng lượng cho máy bay, tàu hỏa, ô tô và tàu thủy. Hiệu quả năng lượng hệ thống đo lường năng lượng được sử dụng để truyền động bánh xe cho chế độ mặt đất và lực đẩy cho máy bay và tàu thủy so với tổng năng lượng điện tái tạo được đầu tư.
Các nhà nghiên cứu UM đã xem xét cả việc sử dụng trực tiếp hydro trong động cơ hoặc pin nhiên liệu cũng như việc sử dụng gián tiếp hydro dưới dạng nhiên liệu điện tử như xăng điện tử, dầu diesel điện tử, nhiên liệu phản lực điện tử, methanol điện tử và amoniac điện tử. So sánh những cách sử dụng này với các tùy chọn điện pin, họ thấy rằng sự kém hiệu quả của hệ thống trong quá trình sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và sử dụng hydro hoặc nhiên liệu điện tử dẫn đến mất khoảng 80%-90% năng lượng đầu vào điện ban đầu.
Ngược lại, vận chuyển bằng điện hiệu quả hơn khoảng ba đến tám lần so với sử dụng hydro trực tiếp hoặc trong nhiên liệu điện tử. Kết quả của họ sẽ xuất hiện trực tuyến vào ngày 7 tháng 8 và in vào ngày 21 tháng 8 trên tạp chí Joule.
Greg Keoleian, tác giả chính của bài báo và là đồng giám đốc sáng kiến MI Hydrogen của U-M, cho biết:
Chúng ta cần phải cấp bách giảm phát thải carbon trong giao thông vận tải vì những tác động tiêu cực mà chúng ta đang chứng kiến từ biến đổi khí hậu, và tình hình này sẽ ngày càng nghiêm trọng hơn.
“Chúng tôi xem xét vai trò của hydro bằng cách xem xét năng lượng để giúp hướng dẫn triển khai cùng với các yếu tố khác như chi phí, thời gian tiếp nhiên liệu, phạm vi hoạt động và tính an toàn.”
Nghiên cứu được tiến hành như một phần của sáng kiến MI Hydrogen của U-M, nhằm thúc đẩy sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu của UM, các nhóm cộng đồng, chính phủ và các đối tác trong ngành để tạo ra các giải pháp hydro giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng sạch. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Trung tâm Hệ thống Bền vững, Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ và Khoa Kiến trúc Hải quân và Kỹ thuật Hàng hải của Michigan Engineering.
Tim Wallington, tác giả đầu tiên của báo cáo và là chuyên gia nghiên cứu tại Trung tâm Hệ thống Bền vững thuộc Trường Môi trường và Phát triển Bền vững UM, cho biết:
Chúng tôi nhận thấy rằng các nguồn điện tái tạo ở Hoa Kỳ không đủ để hỗ trợ sản xuất hydro cho các loại xe hạng nhẹ.
“Hydro xanh nên được sử dụng một cách chiến lược trong vận tải đường bộ, đường sắt, hàng không và đường biển hạng nặng, nơi các phương án thay thế bằng điện bị hạn chế bởi tải trọng và phạm vi hoạt động,”
Tuy nhiên, Wallington cho biết, pin sẽ không phù hợp với các phương tiện vận tải hạng nặng cần di chuyển quãng đường dài. Pin quá nặng và quá lớn để cung cấp năng lượng cho chuyến bay dài hơn 200 dặm, để đưa một tàu chở hàng qua đại dương hoặc cung cấp năng lượng cho một chuyến tàu qua một lục địa.
Theo các nhà nghiên cứu, hydro hoặc nhiên liệu điện tử có ý nghĩa hơn khi làm nhiên liệu cho các ứng dụng vận tải hạng nặng này. Sử dụng hydro làm nguồn nhiên liệu trực tiếp sẽ đòi hỏi những thay đổi lớn về nhiên liệu và cơ sở hạ tầng. Sử dụng nhiên liệu điện tử dựa trên hydro sẽ tránh được những thay đổi này, nhưng trong hầu hết các trường hợp, chúng tiết kiệm năng lượng ít hơn khoảng 20%-50% so với việc sử dụng trực tiếp hydro xanh.
Để mô tả hiệu quả của hệ thống và trực quan hóa năng lượng đầu vào và năng lượng mất mát cho mỗi con đường hydro, nhóm nghiên cứu đã phát triển một bộ 25 sơ đồ Sankey. Các sơ đồ này bắt đầu bằng đầu vào điện tái tạo và theo dõi dòng năng lượng qua quá trình sản xuất và phân phối hydro đến mục đích sử dụng cuối cùng trong pin nhiên liệu, động cơ đốt trong hoặc động cơ phản lực cánh quạt trong trường hợp máy bay. Các con đường hydro này đã được so sánh với một bộ 6 sơ đồ khác cho tất cả các tùy chọn điện.
Các nhà nghiên cứu cũng đo cường độ năng lượng của mỗi con đường hydro, tức là lượng năng lượng tái tạo cần thiết để vận chuyển hàng hóa tính theo tấn-dặm hoặc hành khách tính theo dặm-hành khách đối với tất cả các phương thức vận tải chính.
Greg Keoleian cho biết:
“Những gì chúng tôi phát hiện ra là xu hướng ở đây tuân theo xu hướng cường độ năng lượng của phương tiện vận tải chạy bằng dầu mỏ: với hydro, đường sắt và vận chuyển là hiệu quả nhất, còn máy bay là kém hiệu quả nhất vì bạn phải giữ trọng lượng đó trên bầu trời,”
“Theo quan điểm giao thông bền vững, bạn sẽ muốn sử dụng các phương thức hiệu quả nhất và phương thức giao thông ít tốn năng lượng nhất. Điện tái tạo là nguồn tài nguyên khan hiếm, vì vậy chúng ta phải sử dụng nó một cách khôn ngoan “
Các đồng tác giả của nghiên cứu bao gồm nghiên cứu sinh tiến sĩ Maxwell Woody và chuyên gia nghiên cứu Geoffrey Lewis của Trung tâm Hệ thống Bền vững, nghiên cứu sinh tiến sĩ Eytan Adler và giáo sư Joaquim Martins của Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ UM, và Matthew Collette, giáo sư về kiến trúc hải quân và kỹ thuật hàng hải.
Hydro xanh – Nguồn năng lượng cho tương lai của vận tải hành khách và hàng hóa?
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
