Nghiên cứu về hydro xanh nêu bật các chiến lược sản xuất ngoài khơi
Tác giả: Syl Kacapyr, Đại học Cornell
(a) Công suất và mức sử dụng điện gió ngoài khơi theo khu vực được minh họa thông qua biểu đồ hình tròn, cùng với tiềm năng tiêu thụ hydro có thể sử dụng hàng năm theo từng tiểu bang được trình bày trong biểu đồ bong bóng, với các bong bóng được nhóm theo khu vực/trung tâm. Hình ảnh nêu bật tính khả dụng của công suất điện gió ngoài khơi đủ để sản xuất hydro trên khắp các khu vực. (b) Sự phân chia theo ngành về tiềm năng tiêu thụ hydro có thể sử dụng tại các tiểu bang của Hoa Kỳ cho thấy các trường hợp sử dụng khác nhau trên khắp các khu vực, với các ứng dụng thông thường như nhà máy lọc dầu và amoniac chiếm ưu thế về nhu cầu ở khu vực Vịnh Mexico, trong khi các ứng dụng khử cacbon mới nổi góp phần làm tăng thị phần nhu cầu ở các khu vực khác. Nguồn: Khoa học Năng lượng & Môi trường (2024). DOI: 10.1039/D4EE01460J
Khi Hoa Kỳ phải đối mặt với những thách thức đáng kể trong việc mở rộng quy mô sản xuất hydro theo cách tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường, một nghiên cứu mới của Cornell đã phác thảo các chiến lược để đáp ứng tới 75% nhu cầu hydro trong tương lai của quốc gia bằng cách khai thác năng lượng gió ngoài khơi.
Nhu cầu về hydro dự kiến sẽ tăng đáng kể trong những thập kỷ tới, với sản lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như tua-bin gió ngoài khơi, thay vì nhiên liệu hóa thạch, là yếu tố cần thiết để hydro được coi là "xanh". Tuy nhiên, theo nghiên cứu của Cornell được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science, cần 0,96 terawatt công suất điện gió ngoài khơi để sản xuất 75% tiềm năng tiêu thụ hydro có thể sử dụng của quốc gia.
Fengqi You, Giáo sư Roxanne E. và Michael J. Zak về Kỹ thuật Hệ thống Năng lượng, đồng tác giả nghiên cứu với sinh viên sau đại học Rishi Kaashyap Balaji, cho biết việc lắp đặt công suất lớn như vậy sẽ đòi hỏi Hoa Kỳ phải tăng mạnh việc sử dụng năng lượng gió ngoài khơi, từ mức chỉ sử dụng 1% tiềm năng tài nguyên kỹ thuật lên hơn 22%.
"Đây là sự gia tăng lớn trong sản xuất năng lượng gió ngoài khơi, nhưng theo đuổi cách tiếp cận này không chỉ mang lại cơ hội cho Hoa Kỳ thúc đẩy tăng trưởng trong một lĩnh vực năng lượng quan trọng mà còn tránh được những thách thức tiềm ẩn về sử dụng đất và nước từ việc phát triển cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo quy mô lớn trong nước", Fengqi You, cũng là thành viên cao cấp của Trung tâm Phát triển Bền vững Cornell Atkinson, cho biết.
Nghiên cứu này áp dụng cách tiếp cận toàn diện để phân tích tác động kinh tế và môi trường của sản xuất hydro dựa trên gió ngoài khơi bằng cách sử dụng khuôn khổ tối ưu hóa, đánh giá vòng đời và phân tích không gian đa quy mô. Nghiên cứu này xem xét hai phương pháp phân phối - hydro khí hóa lỏng và nén - đồng thời kết hợp dữ liệu tốc độ gió và nhu cầu hydro cấp tiểu bang, cùng nhiều thông số khác.
Balaji cho biết "Một phát hiện quan trọng là vận chuyển hydro khí nén qua đường ống mang lại lợi thế kinh tế và môi trường rõ ràng so với vận chuyển hydro hóa lỏng".
"Chi phí và năng lượng cần thiết để hóa lỏng hydro xuống -253 độ C khiến tuyến đường hóa lỏng hydro trở nên rất tốn kém. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn đáng để cân nhắc vì việc xây dựng cơ sở hạ tầng đường ống rộng lớn có thể là một thách thức to lớn".
Nghiên cứu cũng khái niệm hóa 'các trung tâm hydro ngoài khơi' - các tiểu bang tập trung thành các khu vực địa lý phù hợp với chương trình Trung tâm hydro sạch khu vực của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ được công bố vào năm 2023. Theo You, các trung tâm này bao gồm cơ sở hạ tầng cần thiết để sản xuất, lưu trữ và sử dụng cuối cùng hydro sạch, tối ưu hóa vị trí cơ sở và tiết kiệm chi phí lên tới 30% thông qua cơ sở hạ tầng dùng chung.
"Bờ biển phía Đông nổi lên như một khu vực quan tâm hàng đầu đối với sản xuất hydro xanh dựa trên gió ngoài khơi do tốc độ gió cao, nhu cầu khu vực đáng kể, tiềm năng thặng dư dồi dào và triển vọng đầy hứa hẹn để thiết lập các cơ sở hướng đến xuất khẩu để phục vụ cho các nhà nhập khẩu hydro ròng tại các thị trường châu Âu", You cho biết.
Sử dụng các lộ trình tối ưu của nghiên cứu, sản xuất hydro ngoài khơi có thể tốn từ 2,50 đến 7,00 đô la một kg, với lượng khí thải nhà kính thấp hơn nhiều so với chuẩn tương đương carbon dioxide 4 kg. Điều này đủ điều kiện cho hydro xanh được hưởng tín dụng thuế sản xuất theo Đạo luật Giảm lạm phát, qua đó tăng thêm sức cạnh tranh trên thị trường, You cho biết.
"Các chính sách hỗ trợ bổ sung, chẳng hạn như cơ chế định giá carbon, sẽ rất quan trọng", You nói thêm. "Ví dụ, Đạo luật Jones đã có từ thế kỷ trước, làm phức tạp các dự án ngoài khơi bằng cách yêu cầu các tàu được đóng trong nước và có người lái, nhưng tính đến năm 2020, không có tàu nào treo cờ Hoa Kỳ có thể thực hiện các nhiệm vụ như lắp ráp tua-bin trên biển. Công trình của chúng tôi thảo luận về tầm quan trọng của các chính sách linh hoạt để giải quyết những thách thức thực tế này đối với sự tăng trưởng của ngành".
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
