Mọi điều bạn cần biết về hydro trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch – Diễn đàn kinh tế thế giới
Mọi thứ bạn cần biết về hydro trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch – Diễn đàn Kinh tế Thế giới.
Bạn không thể nhìn thấy hoặc chạm vào nó, nhưng nó có trong mọi thứ bạn nhìn thấy và chạm vào.
Chúng ta đang nói về hydro - nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ - và tiềm năng của nó như là nền tảng của quá trình chuyển đổi năng lượng đang tạo ra nhiều hứng thú trong ngành năng lượng và hơn thế nữa.
Nếu bạn đang thắc mắc tại sao gần đây có quá nhiều thông tin cường điệu về hydro, công dụng của nó và khả năng giúp đạt được các mục tiêu về khí hậu của nó, hãy đọc tiếp.
Hydro là gì và tại sao nó lại quan trọng?
Hoạt động ở quy mô lớn, hydro sạch và nhiên liệu dựa trên hydro có thể đóng vai trò trung tâm trong nỗ lực khử cacbon cho hệ thống năng lượng toàn cầu, bên cạnh các công nghệ như năng lượng tái tạo và các giải pháp thu hồi, sử dụng và lưu trữ cacbon.
Là một phần của Kịch bản không phát thải ròng 2021-2050, nhiên liệu hydro và hydro có thể tránh được tới 60 giga tấn khí thải CO2 vào giữa thế kỷ này – tương đương với 6% tổng lượng giảm phát thải tích lũy, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ).
Công dụng của hydro
Vậy tại sao lại có quá nhiều tin đồn về lợi ích của hydro như một loại nhiên liệu chuyển đổi năng lượng?
Một trong những ưu điểm chính của nó là nó là sự bổ sung hoàn hảo cho năng lượng tái tạo. Gió, mặt trời và các năng lượng tái tạo khác vẫn rất quan trọng đối với quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu và chúng có thể được bổ sung bằng sản xuất điện theo yêu cầu khi sản lượng từ các nguồn tái tạo không thể đáp ứng tất cả nhu cầu điện.
Một phần lý do là tiềm năng của hydro giúp khử cacbon trong các lĩnh vực như các ngành công nghiệp khó giảm, di động và sản xuất điện.
Phần lớn hydro được sử dụng bởi các ngành công nghiệp lọc dầu và hóa chất. Nhu cầu sử dụng trong công nghiệp đã tăng gấp ba lần kể từ năm 1975 và tiềm năng của nó như một loại nhiên liệu chuyển đổi năng lượng có thể chứng kiến nhu cầu tăng theo cấp số nhân.
Tương tự như vậy, hydro có thể giúp khử cacbon cho các lĩnh vực vận tải nặng khó điện khí hóa như vận chuyển, đường sắt và xe buýt. Đánh giá hydro toàn cầu năm 2022 của IEA ghi nhận những dấu hiệu tiến bộ tích cực trong lĩnh vực này gần đây, chẳng hạn như đội tàu đầu tiên chạy bằng pin nhiên liệu hydro đã bắt đầu hoạt động ở Đức.
Các công ty toàn cầu rất quan tâm đến hydro sạch, với một số quan hệ đối tác chiến lược được thiết lập trong lĩnh vực vận tải biển nhằm hạn chế lượng khí thải của nó trước các hạn chế pháp lý ngày càng nghiêm ngặt hơn do Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) áp đặt đối với các chủ sở hữu và người điều hành đội tàu. Hiện tại, hơn 100 dự án thử nghiệm và trình diễn sử dụng hydro hoặc các dẫn xuất của nó để cung cấp nhiên liệu vận chuyển đang được tiến hành.
Một số ngành công nghiệp nặng cũng háo hức nắm lấy tiềm năng khử cacbon của hydro. Một năm sau khi các dự án thử nghiệm đầu tiên sản xuất thép 'xanh' sạch sử dụng năng lượng tái tạo, một loạt các dự án thép mới đã được công bố sẽ sử dụng hydro không phát thải trong quá trình khử sắt trực tiếp.
Mức tăng 5% nhu cầu hydro toàn cầu từ năm 2020 đến năm 2021 phản ánh mức tăng tổng thể của cả ứng dụng mới và ứng dụng truyền thống giữa các khu vực.
Hydro sạch là một công cụ mạnh mẽ có thể hỗ trợ các nhu cầu riêng của các quốc gia khác nhau, bổ sung nguồn tài nguyên thiên nhiên và kết nối các khu vực, thể hiện qua việc 26 quốc gia ban hành chính sách hydro quốc gia. Do tính linh hoạt của hydro, khả năng khử cacbon cho các lĩnh vực khó giảm, cung cấp an ninh năng lượng và phân phối lại năng lượng tái tạo trên các khu vực địa lý, có 680 dự án đang được triển khai, với mỗi khu vực địa lý đóng một vai trò quan trọng.
Ví dụ, châu Âu là nơi đầu tư 30% hydro, trong khi Bắc Mỹ vận hành 80% công suất hydro carbon thấp toàn cầu. Trong khi đó, Hàn Quốc và Nhật Bản đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ chuỗi cung ứng, đã sản xuất một nửa công suất sản xuất pin nhiên liệu toàn cầu.
cầu vồng hydro
Điều quan trọng cần lưu ý là không phải tất cả các loại hydro đều được tạo ra như nhau. Mặc dù là một loại khí không màu nhưng hydro được dán nhãn có nhiều màu sắc cầu vồng, mỗi màu đại diện cho một phương pháp sản xuất khác nhau với lượng khí thải riêng. Đây là ba màu chính của hydro:
Màu xám – Hydro được tạo ra bằng cách đốt cháy khí tự nhiên thải ra CO2 vào khí quyển. (Phương pháp này thải ra ít khí hydro đen hoặc nâu được sản xuất bằng các loại than khác nhau.)
Xanh lam – Hydro có hàm lượng carbon thấp được tạo ra từ quá trình đốt cháy khí tự nhiên để tái tạo khí mê-tan bằng hơi nước, kết hợp với công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon giúp loại bỏ hầu hết lượng khí thải CO2 từ khí thải, được lưu trữ an toàn dưới lòng đất. Trong trường hợp này, hydro chỉ có thể được dán nhãn là "sạch" nếu lượng khí mê-tan rò rỉ được giảm thiểu xuống mức gần bằng 0, tỷ lệ thu giữ carbon cao và lượng carbon thu được được lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất để ngăn việc thải vào khí quyển.
Xanh – Hydro không phát thải được sản xuất bằng cách sử dụng máy điện phân chạy bằng năng lượng tái tạo.
Trong khi những mô tả đơn giản này giải thích các cách khác nhau để tạo ra hydro, thì
không có sự đồng thuận toàn cầu về các tiêu chuẩn hydro, ví dụ như không có giới hạn cường độ carbon cụ thể đối với hydro có hàm lượng carbon thấp và hydro tái tạo.
Cả hai tuyến sản xuất sẽ cần đạt được cường độ carbon thấp có thể kiểm chứng và tiến tới gần bằng 0 vào năm 2030, theo Báo cáo Chương trình nghị sự đột phá 2022 – sự hợp tác giữa IEA, IRENA và Nhà tiên phong cấp cao về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc.
Phần lớn hydro đang sử dụng ngày nay được tạo ra bằng nhiên liệu hóa thạch, thải CO2 vào khí quyển và góp phần gây ra khủng hoảng khí hậu. IEA lưu ý rằng vào năm 2021, khí đốt tự nhiên chiếm khoảng 60% tổng sản lượng với than đá chiếm khoảng 20%.
Hydro xanh chỉ chiếm khoảng 0,1% tổng sản lượng hydro, nhưng tỷ lệ này sẽ tăng lên khi chi phí năng lượng tái tạo và công nghệ điện phân tiếp tục giảm.
Tạo ra một tương lai hydro sạch
Số liệu của IEA cho thấy nhu cầu về hydro đạt 94 triệu tấn vào năm 2021, chứa năng lượng tương đương với khoảng 2,5% mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng trên toàn cầu, tăng so với tổng số 91 Mt trước đại dịch vào năm 2019.
Mặc dù phần lớn sự gia tăng đến từ các nguồn bẩn, nhưng có những dấu hiệu thay đổi tích cực sắp xảy ra với sự gia tăng đột biến các dự án hydro carbon thấp đang được lên kế hoạch, bao gồm một số dự án ở giai đoạn nâng cao.
Đồng thời, trước cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay, các chính phủ được cho là ngày càng theo đuổi chiến lược phù hợp với tương lai, đầu tư vào cơ sở hạ tầng khí tự nhiên và LNG mới, những cơ sở này trong tương lai có thể cung cấp hydro sạch.
Nếu tất cả các dự án hiện tại được đưa vào hoạt động, đến năm 2030, công suất hydro carbon thấp có thể đạt 16-24 Mt hàng năm, với hydro xanh từ các máy điện phân chiếm 9-14 Mt và hydro xanh lam chiếm từ 7-10 Mt.
Tuy nhiên, trong một lĩnh vực được đặc trưng bởi ba yếu tố không chắc chắn về nhu cầu hydro trong tương lai, khung pháp lý không nhất quán và thiếu cơ sở hạ tầng sẵn có để vận chuyển hydro, chỉ 4% dự án mới đang được xây dựng hoặc đã đưa ra quyết định đầu tư cuối cùng. IEA Global Hydrogen Review 2022 cho thấy.
Vào năm 2022, công suất máy điện phân hàng năm tăng gấp đôi để đạt 8 gigawatt.
Nếu tất cả các dự án mới do ngành công bố được đưa vào thực hiện, thì công suất này có thể đạt tới 60 gigawatt hàng năm vào năm 2030. Và nếu điều này xảy ra cùng với kế hoạch mở rộng quy mô sản xuất, chi phí của các máy điện phân có thể giảm 70% vào năm 2030, so với Giá năm 2022 – tương tự như đợt giảm giá mạnh đã giúp thúc đẩy việc sử dụng năng lượng mặt trời và gió.
Giữa những dấu hiệu tiến triển này, cũng có những lời cảnh báo. Việc sản xuất hydro sạch không phát triển đủ nhanh để đáp ứng Kịch bản không phát thải ròng của IEA vào năm 2050.
Cần có hành động khẩn cấp để khuyến khích đầu tư và khuyến khích lớn hơn để vừa mở rộng quy mô cung cấp vừa tạo ra nhu cầu đối với hydro các-bon thấp có giá cao.
Điểm nổi bật:
Các ứng dụng đa dạng của hydro sạch đã làm cho nó trở thành một trụ cột quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang không có mạng.
Hydro sạch và nhiên liệu dựa trên hydro có thể giúp khử cacbon cho các ngành công nghiệp khó giảm, tính di động và sản xuất điện.
Mặc dù thị trường hydro sạch đang phát triển, nhưng nó không tăng đủ nhanh để đáp ứng Kịch bản không phát thải ròng của IEA vào năm 2050.
