Một trong những thách thức lớn nhất để đạt được mức 0 ròng là khử cacbon trong vận tải hạng nặng. Từ xe buýt, xe tải chở hàng đến tàu hỏa, phà và máy bay, Scotland có phương thức vận tải hạng nặng chạy bằng hydro hoặc đang trong quá trình phát triển phương thức này. [Bài viết ban đầu được xuất bản vào ngày 17 tháng 11 năm 2022, cập nhật vào ngày 14 tháng 2 năm 2024]
Scotland đang xây dựng cơ sở hạ tầng hydro như các trạm tiếp nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho đội phương tiện chạy bằng nhiên liệu sạch đang ngày càng phát triển của mình. Tín dụng: Scharfsinn qua Shutterstock.
Việc khử cacbon trong các phương thức vận tải phát thải nặng là một thách thức cơ bản trong quá trình chuyển đổi năng lượng, trong đó hydro được coi là nhiên liệu thiết yếu để đạt được điều này với lượng khí thải bằng ống xả bằng không.
Trong bối cảnh giá nhiên liệu tăng vọt và cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu, nhu cầu về nhiên liệu sạch có khả năng cách nhiệt tốt hơn trước các sự kiện toàn cầu chưa bao giờ lớn hơn thế. Với tiềm năng sản xuất trong nước, hydro mang lại lợi thế hơn nữa ở đây.
Một báo cáo gần đây do Scottish Enterprise hợp tác với Ricardo công bố ước tính rằng hơn 26 terawatt giờ hydro có thể được ngành công nghiệp và giao thông vận tải ở Scotland tiêu thụ vào năm 2045. Chính sách thị trường và chính phủ có khả năng thay đổi những ước tính này. Tuy nhiên, công suất hydro phải tăng lên nhanh chóng để đáp ứng các mục tiêu về môi trường.
Scotland đã cam kết đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2045 và mục tiêu tạm thời là giảm 75% lượng phát thải vào năm 2030. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, Scotland có tham vọng đáng kể về hydro. Trong vòng sáu năm tới, Scotland dự định đạt công suất lắp đặt sản xuất hydro là 5GW thông qua các phương pháp không phát thải hoặc ít carbon. Đến năm 2045, mục tiêu công suất lắp đặt để sản xuất hydro sẽ tăng thêm lên 25GW.
Điều củng cố triển vọng của Scotland trong việc hiện thực hóa những tham vọng này là đất nước này sở hữu một tỷ lệ đáng kể tài nguyên gió ngoài khơi của châu Âu, cũng như tiềm năng rất lớn về năng lượng thủy triều. Các dự án đang được tiến hành để khai thác triệt để các nguồn năng lượng này để sản xuất hydro.
Phát triển vận tải đường bộ để đạt mức zero ròng
Giá dầu toàn cầu tăng vọt gần đây đã khiến chi phí của dầu diesel và hydro xích lại gần nhau hơn. Trong khi đó, xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro có thể mang lại phạm vi hoạt động và khả năng chịu tải tương đương với động cơ diesel. Tuy nhiên, việc chuyển đổi phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch ở quy mô cần thiết đòi hỏi chuyên môn và đầu tư đáng kể.
Mạng lưới giao thông hiện đại đã được xây dựng dựa trên xăng và dầu diesel, nhưng chúng không thể được thay thế bằng hydro tương tự. Do đó, cần phải nâng cấp đáng kể cơ sở hạ tầng và quy trình sản xuất. Trong lĩnh vực này, có sự tiến bộ đáng chú ý đang được thực hiện ở Scotland.
Theo dự đoán của Transport Scotland, trong thập kỷ tới, những chiếc HGV chạy bằng hydro có thể được nhìn thấy rộng rãi trên các tuyến đường vận chuyển đường dài trên các con đường ở Scotland. Cơ quan quốc gia ước tính lĩnh vực giao thông đường bộ hiện chiếm 58% lượng phát thải khí nhà kính giao thông ở Scotland. Trong khi pin điện được coi là lựa chọn tốt nhất để giảm lượng khí thải của các phương tiện nhỏ hơn thì tiềm năng của công nghệ pin nhiên liệu đang được áp dụng cho phương tiện vận tải hạng nặng – và có thể được áp dụng ở quy mô tương tự như động cơ diesel.
Trọng tâm của sự phát triển là công ty Hydrogen Vehicle Systems (HVS) có trụ sở tại Glasgow. Doanh nghiệp này đang phát triển các phương tiện hạng nặng chạy bằng hydro và không thải ra gì ngoài nước. Sau khi thu hút được khoản đầu tư đáng kể từ Chính phủ Anh, HVS đã công bố mối quan hệ hợp tác trị giá 3,4 triệu bảng Anh (4,27 triệu USD) với chuỗi siêu thị Asda vào tháng 2 năm 2023 để phát triển xe tải chạy bằng hydro không người lái.
HGV chỉ đóng góp 5% quãng đường đi được của phương tiện nhưng lại chiếm tới 18% lượng phát thải từ vận tải đường bộ. Sản phẩm của HVS có phạm vi hoạt động 370 dặm hàng đầu và có thể tiếp nhiên liệu trong 20 phút, đây sẽ là yếu tố then chốt trong việc giảm lượng khí thải.
Xây dựng cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu cho hydro
Cùng với HGV, hydro mang lại tiềm năng cho các phương tiện hạng nặng khác. Hội đồng thành phố Aberdeen đã đi tiên phong trong lĩnh vực xe tải thu gom rác thải hydro đầu tiên ở Vương quốc Anh. Với bình xăng nặng 15kg, chiếc xe tải được tiếp nhiên liệu tại trạm tiếp nhiên liệu hydro Kittybrewster, một trong hai trạm trong thành phố. Vào tháng 1 năm 2024, trạm tiếp nhiên liệu Kittybrewster mở cửa cho công chúng, trước đây đã được xe buýt sử dụng từ năm 2015. Trạm này đã được nâng cấp để phục vụ ô tô con, xe tải nhỏ và xe tải cùng với xe buýt.
Aberdeen đã đi đầu trong lĩnh vực năng lượng sạch kể từ năm 2015 khi giới thiệu 10 xe buýt hai tầng chạy bằng hydro mới, chiếc đầu tiên trên thế giới. Mỗi xe buýt tiết kiệm được 84 tấn carbon mỗi năm, tương đương với việc loại bỏ 38 ô tô chạy xăng hoặc 40 ô tô chạy bằng dầu diesel khỏi đường. Các trạm tiếp nhiên liệu phục vụ những phương tiện này cũng như 60 trạm khác trên khắp khu vực Aberdeen.
Hydro xanh sẽ được sản xuất ở Scotland từ sự kết hợp các nguồn tài nguyên tái tạo đáng kể của đất nước, khai thác năng lượng gió, mặt trời và thủy triều. Tín dụng: Doanh nghiệp Scotland.
Tuy nhiên, số lượng trạm tiếp nhiên liệu này phải tăng lên và lan rộng nếu hydro trở thành nguồn năng lượng thay thế khả thi cho việc cung cấp năng lượng cho ngành vận tải. Khả năng công nghệ của nhiên liệu đã được thể hiện rõ ràng. Tuy nhiên, nếu hydro được sử dụng rộng rãi hơn thì phải có cơ sở hạ tầng và đầu tư phù hợp để hỗ trợ nó. Các kế hoạch đang được tiến hành cho các trạm tiếp nhiên liệu trên khắp đất nước, bao gồm ở Angus, Cromarty, Dumfries và Galloway, Inverness, Lanarkshire, Moray và Perth. Bên cạnh đó, kế hoạch H2 Caledonia của SGN là thiết lập mạng lưới đường ống truyền tải hydro trên toàn quốc.
Mở rộng trên hai trạm tiếp nhiên liệu hiện có ở Aberdeen, hội đồng thành phố đã ký thỏa thuận liên doanh với BP vào năm 2022 để phát triển một trung tâm hydro, bao gồm cơ sở sản xuất và cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu. Mục tiêu là sản xuất đủ hydro xanh để cung cấp năng lượng cho 25 xe buýt mỗi ngày kể từ năm 2025. Các kế hoạch trong tương lai có thể tăng quy mô sản xuất để sản xuất hydro xanh cho vận tải hàng hóa, đường biển và đường sắt, đồng thời có cơ hội xuất khẩu.
Để xây dựng năng lực sản xuất, các giải pháp tiếp theo đang được phát triển trên khắp Scotland. Gần Glasgow, trang trại gió trên bờ Whitelee là một ví dụ về cách Scotland đang sử dụng nguồn tài nguyên tái tạo khổng lồ của mình để cung cấp năng lượng cho các máy điện phân cần thiết để sản xuất hydro xanh. Máy điện phân tách nước thành các nguyên tố hóa học hydro và oxy để tạo ra nhiên liệu không thải ra khí thải carbon trong quá trình sản xuất hoặc tiêu dùng.
Cơ sở Whitelee sẽ là cơ sở cốt lõi để sản xuất hydro xanh, với nguồn cung cấp lưu trữ của ScottishPower ở đó. Sau khi đi vào hoạt động đầy đủ, cơ sở này dự kiến sẽ có công suất sản xuất 8 tấn hydro xanh mỗi ngày, tương đương với việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của 550 xe buýt trên chuyến khứ hồi từ Glasgow đến Edinburgh. Kế hoạch là vận chuyển hydro bằng tàu chở dầu đến các trung tâm tiếp nhiên liệu nhỏ hơn trong khu vực. Một dấu hiệu cho thấy tiến độ đang được đẩy nhanh là dự án đã nhận được thêm nguồn tài trợ từ Chính phủ Anh, có nghĩa là hydro xanh có thể được thương mại hóa ở Whitelee trước cuối năm 2026.
Chính phủ Anh cũng đã cung cấp kinh phí cho Dự án Hydro Cromarty, một dự án phát triển quan trọng khác. Dự án này nhằm thiết lập một trung tâm hiện đại để sản xuất, lưu trữ và phân phối hydro cho khu vực và hơn thế nữa. Trung tâm sẽ nằm trên khu đất gần trang trại gió Beinn Tharsuinn ở Cao nguyên và được cung cấp năng lượng từ năng lượng tái tạo tại địa phương.
Trang bị thêm phương tiện vận tải chạy bằng hydro
Các công nghệ mới sẽ rất cần thiết cho quá trình chuyển đổi năng lượng, nhưng để đạt được nền kinh tế ít carbon nhanh hơn và ít gián đoạn nhất, việc điều chỉnh cơ sở hạ tầng và hệ thống hiện có được coi là lựa chọn tốt hơn so với việc xây dựng mọi thứ từ đầu. Điều này cũng giúp tiết kiệm chi phí và tạo cơ hội thu hút các chuyên gia từ các ngành khác.
Một ví dụ điển hình là hệ thống truyền động điện pin nhiên liệu hydro được chuyển đổi từ đoàn tàu ScotRail Class 314 cũ gồm ba toa và chạy thành công trên tuyến di sản Bo'ness-Kinneil. Dự án được thực hiện chủ yếu thông qua công việc của nhóm Máy gia tốc Hydro, có trụ sở tại Đại học St Andrews cùng với các đối tác của dự án.
Ngân sách bình thường cho một dự án như vậy sẽ vào khoảng 30 triệu bảng. Tuy nhiên, các đối tác dự án của Máy gia tốc Hydro đã thực hiện dự án với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ, khoảng 3 triệu bảng Anh. Tàu chạy bằng hydro có thể rất quan trọng trong tương lai, đặc biệt ở những khu vực mà điện khí hóa các tuyến đường sắt không phải là lựa chọn thiết thực nhất.
Sau khi dự án kết thúc, Máy gia tốc hydro đã tặng đoàn tàu cho Khu chuyển tiếp năng lượng ở Aberdeen để trở thành một phần của học viện kỹ năng hiện đại của họ. Fiona Landy là giám đốc giao hàng của Máy gia tốc Hydro và có trụ sở tại St Andrews. Cô cho biết tàu chạy bằng hydro đã chứng minh khả năng của mình trong việc chuyển đổi toa xe hiện có sang chạy bằng hydro.
“Thật tuyệt vời khi chúng tôi có thể tặng con tàu để hỗ trợ sinh viên làm việc trên các bộ phận của tàu. Nó thực sự là một tài sản hữu hình,” Landy, hiện đang làm việc cho Carbon Trust, cho biết. “Một trong những cột mốc quan trọng của chúng tôi là hỗ trợ chương trình nghị sự về kỹ năng xanh.”
Máy gia tốc Hydro cũng hoạt động trong việc chứng minh các khái niệm cho các phương tiện vận tải hạng nặng khác. Landy cho biết thêm: “Chúng tôi đã chứng minh rằng mình có thể làm được điều đó”. “Chúng tôi đã chứng minh điều đó với tàu hỏa và bạn sẽ thấy sự tiếp tục phát triển của các phương tiện hạng nặng khác cũng như trên các lĩnh vực khác, hàng hải và hàng không.”
Một ví dụ riêng trong ngành hàng không là thông báo vào tháng 1 năm 2024 của Loganair về kế hoạch triển khai dịch vụ bằng máy bay chạy bằng hydro ở Quần đảo Orkney của Scotland vào năm 2027. Theo biên bản ghi nhớ được ký với Cranfield Aerospace Solutions, các công ty sẽ hợp tác để phát triển các kế hoạch cho vận hành máy bay Britten-Norman Islander được chuyển đổi sang sử dụng hệ thống động cơ điện-hydro mới.
Hợp tác để thúc đẩy việc sử dụng hydro
Landy cho biết thêm rằng sẽ không thể có được thành công nào của Máy gia tốc Hydro nếu không có mức độ hợp tác giữa các lĩnh vực và lĩnh vực chuyên môn khác nhau.
Cô nói: “[Chương trình] đã hỗ trợ các cơ quan và đối tác khác đưa Scotland lên bản đồ [về hydro]”. “[Chúng tôi] đã giúp đỡ các doanh nghiệp vừa và nhỏ, chỉ cho họ đi đúng hướng để đảm bảo họ có chuyên môn phù hợp để đưa sản phẩm của mình thành hiện thực. Sự phối hợp đó với các học viện, [khu vực công và tư nhân] thực sự hữu ích.”
Khi Landy làm việc tại Carbon Trust, cô vẫn giữ liên lạc với nhiều người trong chuỗi cung ứng của Vương quốc Anh, những người đang đạt được những tiến bộ đáng chú ý trong năng lượng sạch.
“Tất cả là về quy mô,” cô nói. “Chúng tôi đang cố gắng tránh để các tổ chức mắc kẹt trong các hầm chứa và tránh xa khía cạnh mới lạ cũng như quy mô. [Chúng tôi mong muốn] hợp tác, tham gia khu vực công và tư nhân và tạo ra tác động đó.”
Hàng không là một lĩnh vực hợp tác quan trọng khác. Vào tháng 1 năm 2024, ZeroAvia thông báo họ đã ký thỏa thuận với ScottishPower để cùng phát triển nguồn cung cấp hydro carbon thấp cho các địa điểm sân bay quan trọng và hỗ trợ quá trình khử cacbon trong ngành hàng không. ZeroAvia trước đó đã công bố thỏa thuận 70 động cơ với Ecojet có trụ sở tại Scotland. Công ty cũng có quan hệ đối tác lâu dài với các sân bay AGS, bao gồm Glasgow và Aberdeen, để khám phá các yêu cầu về cơ sở hạ tầng hydro nhằm hỗ trợ chuyến bay điện-hydro và các trường hợp sử dụng tiềm năng khác.
Sử dụng hydro để khử cacbon trong nhiên liệu hiện có
Một ứng dụng đầy hứa hẹn khác của hydro sạch là trộn khí với các chất khác để tạo ra nhiên liệu có hàm lượng carbon thấp để sử dụng trong các động cơ đốt hiện có. Ví dụ, trộn hydro sạch với carbon thu được có thể tạo ra chất thay thế tổng hợp cho nhiên liệu hóa thạch như e-metanol. Mặc dù có lượng khí thải carbon với các loại nhiên liệu hybrid này nhưng chúng thấp hơn đáng kể so với nhiên liệu hóa thạch hiện có và yêu cầu sự thích ứng tối thiểu đối với động cơ hạng nặng. Giao thông vận tải cũng có những lợi ích, đặc biệt là nhiên liệu hàng không bền vững – với Sân bay Glasgow là địa điểm quan trọng cho những phát triển như vậy.
Jamie Robinson, chuyên gia hydro của nhóm chuyển đổi carbon thấp của Scottish Enterprise cho biết: “Cái hay của những giải pháp này là chúng có thể thay thế ngay cho nhiên liệu hiện đang được sử dụng mà không cần thay đổi bất kỳ cơ sở hạ tầng nào”. “Chúng cũng dễ vận chuyển hơn nhiều so với hydro nguyên chất.”
Ngoài ra, hydro có thể được sử dụng để tạo ra amoniac cho các quy trình công nghiệp và nhiên liệu với lượng khí thải carbon thấp hơn đáng kể so với mức hiện tại. Amoniac thường được sản xuất bằng cách sử dụng hydro xám – được tạo ra bằng cách cải tạo khí metan bằng hơi nước – kết hợp với nitơ. Điều này làm cho các quy trình hiện tại gây ô nhiễm cao. Việc thay thế hydro xám bằng hydro xanh lục hoặc xanh lam – được sản xuất theo quy trình tương tự hydro xám nhưng thu giữ carbon – có thể khử cacbon trong các quy trình công nghiệp. Các ngành công nghiệp nặng như vận tải biển cũng có thể sử dụng amoniac làm nhiên liệu.
Cũng trong lĩnh vực vận tải biển, tập đoàn Hyseas III là một nhóm các đối tác trong ngành nhằm chứng minh tính khả thi của việc tích hợp pin nhiên liệu hydro với hệ truyền động hybrid-điện để giảm lượng khí thải từ phà.
Các đội ở Scotland đã trang bị thêm một đoàn tàu ScotRail 40 năm tuổi để chạy bằng hydro. Trong ảnh là Michael Matheson MSP, Bộ trưởng Nội các Scotland về Giao thông, Cơ sở hạ tầng và Kết nối. Tín dụng: Doanh nghiệp Scotland.
Chiến lược dài hạn cho hydro ở Scotland
Trọng tâm của sự tăng trưởng nền kinh tế hydro ở Scotland là sự hỗ trợ từ Chính phủ Scotland thông qua một loạt sáng kiến và kế hoạch đầu tư dài hạn.
Người phát ngôn của Bộ Giao thông Vận tải Scotland cho biết: “Chúng tôi đã thấy một số dự án trình diễn hydro thành công ở Scotland, bao gồm dự án Xe buýt Hydro của Aberdeen và Dự án Tàu hỏa Không phát thải - một cam kết chung giữa khu vực công và tư nhân”. “Kế hoạch hành động về hydro của Chính phủ Scotland đã đặt ra cách chúng tôi sẽ phát huy thành công này nhằm tạo ra một nền kinh tế hydro thịnh vượng ở Scotland.”
Quan hệ đối tác giữa ngành công nghiệp, doanh nghiệp và học viện là không thể thiếu để thúc đẩy tăng trưởng nền kinh tế hydro ở Scotland và đã đưa quốc gia này trở thành nước dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực chuyên môn này. Với việc chính phủ, các cơ quan và nhà nghiên cứu cùng hợp tác, một tương lai sử dụng năng lượng hydro đang ngày càng đến gần hơn.
