Nghiên cứu cho thấy máy bơm nhiệt 'rẻ hơn tới ba lần' so với hydro xanh ở châu Âu

Nghiên cứu cho thấy máy bơm nhiệt 'rẻ hơn tới ba lần' so với hydro xanh ở châu Âu

    Nghiên cứu cho thấy máy bơm nhiệt 'rẻ hơn tới ba lần' so với hydro xanh ở châu Âu


    Nghiên cứu cho thấy máy bơm nhiệt 'rẻ hơn tới ba lần' so với hydro xanh ở châu Âu

    Theo một nghiên cứu mới, hydro “xanh”, được tạo ra bằng cách tách nước bằng điện carbon thấp, khó có thể trở thành một sự thay thế rẻ tiền cho nồi hơi đốt gas trong các hộ gia đình trên khắp châu Âu.

    Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Quản lý và chuyển đổi năng lượng, kết luận rằng hệ thống sưởi ấm bằng hydro xanh sẽ “đắt hơn khoảng hai đến ba lần” so với hệ thống dựa vào máy bơm nhiệt điện ở Liên minh Châu Âu và Vương quốc Anh.

    Nhiệt khử cacbon là mục tiêu chính đối với các chính phủ đang tìm cách đạt được các mục tiêu về khí hậu và chấm dứt sự phụ thuộc vào khí đốt đắt tiền, trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng toàn cầu.

    Máy bơm nhiệt đã được các chuyên gia chấp nhận rộng rãi là lựa chọn chính để cắt giảm lượng khí thải của ngành. Tuy nhiên, những người vận động hành lang trong ngành khí đốt và các chính trị gia bảo thủ ở Liên minh Châu Âu và Vương quốc Anh đã tiếp tục ủng hộ hydro.

    Nghiên cứu mới khám phá một loạt các kịch bản để cắt giảm lượng khí thải từ các hệ thống sưởi ấm của châu Âu. Nó kết luận rằng quá trình chuyển đổi carbon thấp giúp giảm chi phí mà không gây ra thiệt hại quá mức cho môi trường là “chỉ có thể thực hiện được thông qua điện khí hóa thông qua máy bơm nhiệt”.

    Nó phát hiện ra rằng hydro “xanh lam”, được tạo ra bằng cách sử dụng khí carbon dioxide (CO2) được thu giữ, sẽ là một lựa chọn hiệu quả về chi phí cho một tỷ lệ nhỏ tài sản, dựa trên giá khí đốt ở mức trước khủng hoảng.

    Tuy nhiên, giá khí đốt cao dẫn đến cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu có thể sẽ khiến các tòa nhà sưởi ấm bằng hydro “xanh” “kém cạnh tranh về chi phí”, một trong những tác giả của nghiên cứu nói với Carbon Brief.

    Đặt ranh giới
    Hầu hết nhiệt trong các ngôi nhà ở Châu Âu được tạo ra bằng nhiên liệu hóa thạch, nghĩa là hệ thống sưởi trong nhà chịu trách nhiệm cho khoảng 13% lượng khí thải nhà kính của Liên minh Châu Âu và Vương quốc Anh.

    Một số quốc gia thành viên EU và Vương quốc Anh cho đến nay đã công bố ngày ngừng lắp đặt nồi hơi nhiên liệu hóa thạch. Để đối phó với sự gia tăng giá khí đốt gần đây, Ủy ban Châu Âu đã đề xuất một lệnh cấm đối với các hệ thống sưởi mới chỉ sử dụng nhiên liệu hóa thạch vào năm 2029.

    Do đó, các chính phủ đang tìm kiếm các giải pháp thay thế carbon thấp tốt nhất cho nhiên liệu hóa thạch để sưởi ấm.

    Trong bài báo, các nhà nghiên cứu của ETH Zürich Till Weidner và Giáo sư Gonzalo Guillén-Gosálbez đã xây dựng mô hình 13 kịch bản để giảm nhiệt lượng cacbon ở 27 quốc gia thành viên EU và Vương quốc Anh vào năm 2040. Họ khám phá chi phí – một vấn đề chính đối với các chính trị gia và người tiêu dùng – cũng như môi trường tác động của từng kịch bản.

    Các tác giả chỉ định hệ thống sưởi của châu Âu chiếm một phần trong ngân sách carbon, nước ngọt, sử dụng đất và các nguồn tài nguyên khác còn lại của thế giới dựa trên khái niệm “ranh giới hành tinh”. Nếu một kịch bản vượt quá tỷ lệ của nó, nó được coi là vi phạm các ranh giới đó

    Guillén-Gosálbez nói với Carbon Brief rằng trọng tâm này là điều tạo nên cuốn tiểu thuyết nghiên cứu của họ. Ông nói: “Các nghiên cứu trước đây tập trung nhiều hơn vào kinh tế học và ít hơn nhiều vào khía cạnh môi trường.

    Các kịch bản của họ tính đến các tác động trong vòng đời của các công nghệ sưởi ấm ít carbon khác nhau, đặc biệt là bơm nhiệt và hydro.

    hydro đắt tiền
    Hydro đi kèm với nhiều chi phí và lợi ích khác nhau tùy thuộc vào cách nó được sản xuất.

    Hầu hết hydro carbon thấp đều là "xanh" - được tạo ra bằng cách sử dụng điện carbon thấp - hoặc "xanh lam", nghĩa là nó được chiết xuất từ ​​khí đốt, với CO2 thu được được thu hồi và lưu trữ. Tùy chọn thứ hai có nguy cơ tiếp tục phát thải do rò rỉ khí mê-tan và thu giữ CO2 không hoàn hảo.

    Hydro xanh, mặc dù có lượng khí thải thấp, nhưng hiện đang đắt tiền để sản xuất và có thể sẽ có nhu cầu cao từ nhiều lĩnh vực đang tìm cách khử cacbon, chẳng hạn như công nghiệp nặng. Hiện tại, chỉ 0,04% tổng lượng hydro được sản xuất là màu xanh lá cây.

    Hydro là một cách cung cấp năng lượng kém hiệu quả hơn so với điện khí hóa trực tiếp bằng bơm nhiệt. Các ngôi nhà sưởi ấm bằng hydro xanh có thể tái tạo sẽ yêu cầu năng lượng gió và năng lượng mặt trời gấp 5 đến 6 lần so với mức cần thiết để cung cấp độ ấm tương tự khi sử dụng máy bơm nhiệt.

    Những vấn đề này có nghĩa là hầu hết các chuyên gia chỉ thấy một vai trò thích hợp đối với nhiệt hydro. Ví dụ: Ủy ban Môi trường và Biến đổi khí hậu của House of Lords ở Vương quốc Anh gần đây đã kết luận rằng hydro “không phải là một lựa chọn nghiêm túc để sưởi ấm nhà trong thời gian ngắn đến trung hạn và việc sử dụng nó dự kiến sẽ bị hạn chế trong thời gian dài” .

    Mặc dù vậy, hydro đang được các chính trị gia và các công ty nhiên liệu hóa thạch thúc đẩy, với việc chính phủ Vương quốc Anh lên kế hoạch xây dựng một “làng hydro” để kiểm tra khả năng sưởi ấm gia đình của nó.

    Nghiên cứu mới mô hình hóa “chi phí hệ thống” tổng thể của việc cung cấp nhiệt ở EU và Vương quốc Anh trong một loạt các tình huống. Điều này bao gồm chi phí vốn trả trước để xây dựng và lắp đặt cơ sở hạ tầng cần thiết, cũng như chi phí hàng ngày để vận hành mỗi hệ thống.

    Các kịch bản bao gồm một kịch bản trong đó toàn bộ nhiệt của tòa nhà đến từ 100% hydro xanh (“WTL_Hyd” trong biểu đồ bên dưới) và một kịch bản khác với 100% hydro xanh (“Cost_Hyd”).

    Cả hai đều đắt hơn đáng kể so với các tùy chọn khác. Điều này chủ yếu là do chi phí sản xuất và lưu trữ hydro, và trong trường hợp hydro xanh 

    xây dựng cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo bổ sung.

    Hơn nữa, kịch bản 100% hydro xanh sẽ “đắt gấp hai đến ba lần” so với kịch bản dựa trên điện khí hóa 100% các tòa nhà bằng máy bơm nhiệt (“WTL”), các tác giả cho biết.


    Tổng chi phí hệ thống sưởi ấm tòa nhà ở Liên minh Châu Âu và Vương quốc Anh được chia nhỏ theo công nghệ (màu sắc khác nhau) và kịch bản (trục x). Các thanh lỗi mô tả chi phí tối thiểu và tối đa tùy thuộc vào các giả định chi phí khác nhau của tất cả các công nghệ và thiết bị được xem xét. BAU và HRE4 là các kịch bản trong đó hệ thống sưởi ấm dựa trên nhiên liệu hóa thạch được duy trì. Nguồn: Weidner & Guillén-Gosálbez (2023).
    Những phát hiện này phù hợp với một đánh giá gần đây của Tiến sĩ Jan Rosenow, giám đốc các chương trình châu Âu tại Dự án Hỗ trợ Quy định. Rosenow đã khảo sát 32 nghiên cứu độc lập cho thấy việc sử dụng hydro trong hệ thống sưởi trong nhà là “kém kinh tế hơn, kém hiệu quả hơn, sử dụng nhiều tài nguyên hơn và liên quan đến các tác động môi trường lớn hơn” so với các giải pháp thay thế. Anh ấy cho biết nghiên cứu mới nhất này là nghiên cứu thứ 33 trong danh sách của anh ấy.

    Mặc dù kịch bản chi phí thấp nhất của nghiên cứu mới nhất bao gồm 24% nhiệt lượng được cung cấp bởi – chủ yếu là màu xanh – hydro, nhưng điều này dựa trên giá khí đốt trước khủng hoảng.

    Giá khí đốt tăng cao do cuộc chiến của Nga ở Ukraine gây ra làm suy yếu kết quả của nghiên cứu rằng tùy chọn này sẽ “cạnh tranh về chi phí nhờ điện khí hóa” đối với một số tòa nhà.

    Guillén-Gosálbez thừa nhận điều này và nói với Carbon Brief:

    “Chúng tôi hy vọng rằng hydro xanh từ khí đốt tự nhiên sẽ trở nên ít cạnh tranh hơn về chi phí khi giá khí đốt tự nhiên tăng lên.”

    Điều này đặc biệt quan trọng vì công ty tư vấn thị trường năng lượng Cornwall Insight đã tuyên bố rằng giá khí đốt “dự kiến sẽ duy trì ở mức cao và không ổn định trong tương lai gần”.

    ‘Điện khí hóa quy mô lớn’
    Điều quan trọng, các tác giả cũng lưu ý rằng lượng khí thải nhà kính từ quá trình sản xuất hydro xanh có nghĩa là nó “còn lâu mới bền vững tuyệt đối”. Như Rosenow nói với Carbon Brief:

    “[Hydro xanh] không phải là nhiên liệu không có carbon và do đó không nên được xem xét theo cách giống như các công nghệ khác mà họ đã xem xét.”

    Trên thực tế, nghiên cứu kết luận rằng ngay cả một kịch bản nhiều hydro xanh cũng vượt quá ranh giới hành tinh. Điều này là do các tác động môi trường liên quan đến việc xây dựng một lượng lớn năng lượng tái tạo bổ sung như vậy.

    Do đó, nó kết luận rằng “điện khí hóa quy mô lớn thông qua máy bơm nhiệt” và không có hydro mang lại kết quả tổng thể tốt nhất, ngay cả trước khi xem xét giá khí đốt cao.

    Tiến sĩ Laurence Stamford, một kỹ sư hóa học tại Đại học Manchester, người đã tiến hành một đánh giá tương tự về sưởi ấm bằng carbon thấp nhưng không tham gia vào nghiên cứu, nói với Carbon Brief rằng nghiên cứu “cho chúng ta biết khá rõ ràng rằng một tương lai tập trung vào sưởi ấm bằng hydro không phù hợp với ranh giới hành tinh của chúng ta”.

    Tương tự, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho biết máy bơm nhiệt là “công nghệ trung tâm trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang sưởi ấm an toàn và bền vững”.

    Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng tất cả các kịch bản của họ, bao gồm cả những kịch bản tập trung vào máy bơm nhiệt, đều đắt hơn so với hệ thống sưởi ấm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch hiện có. Điều này, một lần nữa, dựa trên giá khí đốt trước khủng hoảng năng lượng.

    Do nhu cầu giảm lượng khí thải, họ nhấn mạnh sự cần thiết của các chính sách năng lượng tập trung vào trợ cấp cho máy bơm nhiệt để giảm bớt gánh nặng cho người tiêu dùng và tăng cường nỗ lực nghiên cứu để giảm chi phí.

    Nhìn chung, các nhà nghiên cứu thừa nhận những hạn chế trong đánh giá trên toàn châu Âu của họ, lưu ý rằng hydro vẫn có thể đóng một vai trò trong một số ứng dụng sưởi ấm. Guillén-Gosálbez cho biết: “Cuối cùng, việc chống biến đổi khí hậu sẽ yêu cầu một loạt công nghệ được tối ưu hóa cho điều kiện địa phương.

    Zalo
    Hotline