Bài viết này là bài thứ tư trong loạt bài viết về vai trò của hydro sạch trong việc xây dựng một tương lai không có lưới điện. Các bài viết khác trong loạt bài có thể được tìm thấy dưới đây:
- Hydro đang có một khoảnh khắc
- Tại sao chúng ta cần hydro để đáp ứng các mục tiêu về khí hậu
- Cách vận chuyển và lưu trữ hydro
Trong vài năm gần đây, hydro sạch đã được đưa lên hàng đầu trong chương trình nghị sự về chính sách năng lượng sạch. Trong nhóm Chính sách & Vận động Hoa Kỳ, chúng tôi đã viết rất nhiều về hydro sạch là gì , tại sao hydro sạch lại quan trọng đối với quá trình khử cacbon và những thách thức mà chúng tôi gặp phải trong việc mở rộng quy mô và triển khai nó . Bây giờ, khi Bộ Tài chính cân nhắc cách triển khai tín dụng thuế sản xuất mới cho hydro sạch, được gọi là “45V” trong mã số thuế, chúng tôi chia nhỏ những gì đã trở thành một cuộc trò chuyện lành mạnh về cách định nghĩa “sạch” - bao gồm cả 45V là gì có thể giúp được và điều gì không thể.
Cốt lõi của cuộc tranh luận là câu hỏi làm thế nào để đáp ứng đầy đủ hai mục tiêu quan trọng được nêu trong thiết kế của khoản tín dụng này: giảm khí thải và mở rộng quy mô công nghệ hydro sạch. Trong một thế giới hoàn hảo, sẽ không có bất kỳ sự đánh đổi nào. Nhưng do lưới điện vẫn còn bẩn, quy định cho phép tăng quy mô sản xuất hydro “sạch” nhanh hơn thông qua điện phân có thể tạm thời phụ thuộc vào các nguồn năng lượng gây ô nhiễm hơn. Lựa chọn dễ dàng phải không? Không quá nhiều, bởi vì tốc độ tăng chậm hơn cũng có thể có nghĩa là hydro sạch sẽ mất nhiều thời gian hơn để phát huy vai trò mà chúng ta cần trong việc khử cacbon trong các lĩnh vực khó giảm thiểu như công nghiệp nặng, khiến chúng gây ô nhiễm lâu hơn chúng ta mong muốn. Đây là một câu hỏi khó trả lời và chúng tôi hoan nghênh những người đang cố gắng đặt ra một điểm đánh dấu rõ ràng về vị trí mà chúng tôi nên đạt được trên thang đo,
Do tác động ngày càng tăng của nhu cầu hydro đối với lượng khí thải từ lưới điện, chúng tôi tin rằng các dự án nối lưới phải chứng minh rằng chúng không gây thêm ô nhiễm bằng cách mua năng lượng sạch mới từ cùng khu vực và gần đúng thời điểm máy điện phân chạy. lượng phát thải thực tế. Chúng tôi cảm thấy lạc quan rằng có thể xác định và triển khai dần các rào cản này theo cách đồng thời đảm bảo rằng chúng tôi đang mở rộng quy mô hydro thực sự sạch và cho phép thị trường có thời gian thích ứng để các nhà đầu tư có thể tự tin xây dựng dự án.
Tuy nhiên, chúng tôi tin rằng bằng cách chỉ tập trung vào câu hỏi này, chúng tôi đã bỏ qua những thách thức phức tạp và có thể quan trọng hơn khác trong việc hiện thực hóa toàn bộ lợi ích của nền kinh tế hydro sạch. Cụ thể là nơi sử dụng hydro và lưới điện sạch như thế nào. Do đó, trong bài đăng này, chúng tôi cố gắng đặt tầm quan trọng của 45V vào bối cảnh và nói về những câu hỏi chính sách riêng biệt, quan trọng không kém này đáng được chúng tôi quan tâm và không thể giải quyết được thông qua hướng dẫn của 45V.
Đầu tiên, đây là lý do 45V phù hợp:
- Giúp giảm lượng khí thải từ nguồn cung cấp hydro khổng lồ mà chúng ta sản xuất và sử dụng ngày nay.
Mặc dù hydro sạch còn non trẻ nhưng nền kinh tế hydro thì không. Hoa Kỳ đã sản xuất 12 triệu tấn (MMT) hydro mỗi năm và gần như toàn bộ số đó là khí bẩn – thải ra gần 10 kg CO2 cho mỗi kg H2, nhiều hơn gấp đôi định nghĩa pháp lý cơ bản về hydro sạch do Quốc hội đặt ra. Các ngành công nghiệp lớn sử dụng nguồn cung hiện có này và tạo ra các sản phẩm thiết yếu như phân bón. Vì vậy, nhiệm vụ đầu tiên của chúng tôi là làm sạch nguồn cung hiện có này một cách nhanh chóng. May mắn thay, thiết kế trung lập về công nghệ của 45V khuyến khích triển khai các giải pháp có thể giảm đáng kể lượng khí thải tại các nhà máy này, chẳng hạn như triển khai thiết bị thu hồi carbon. Trong lịch sử, các cơ sở sản xuất hydro chuyên dụng đã thải ra trung bình hơn 35 triệu tấn CO2 mỗi năm, với lượng khí thải thậm chí còn nhiều hơn từ việc sản xuất hydro tại chỗ tại các nhà máy lọc dầu và nhà máy hóa chất. Khoản tín dụng thuế 45V giúp việc thu giữ phần lớn lượng khí thải này trở nên kinh tế. Và vì 45V nhằm mục đích giảm cường độ carbon trong toàn bộ quá trình sản xuất (“đến cổng”), không chỉ tại điểm sản xuất, các nhà sản xuất hiện tại cũng sẽ có động lực giảm lượng khí thải từ thượng nguồn và xử lý để giúp khử cacbon cho toàn bộ hệ thống theo thời gian . - Giảm rủi ro và mở rộng quy mô các phương pháp mới để sản xuất hydro sạch bằng cách giảm phí bảo hiểm xanh.
Tất nhiên, chúng ta phải làm nhiều việc hơn là chỉ làm sạch nguồn cung cấp hydro hiện có. Nếu hydro sạch thực hiện được lời hứa của mình như một công cụ khử cacbon trong các lĩnh vực mới như sản xuất thép và nhiên liệu sạch, chúng ta sẽ cần tăng nguồn cung 12 triệu tấn hiện có lên từ 50 đến 135 triệu tấn vào năm 2050 (tùy thuộc vào tình trạng sẵn có trong tương lai và chi phí của các loại nhiên liệu khác trong tương lai). nguồn năng lượng sạch). Điều đó có nghĩa là chúng ta cần tìm ra những cách mới, sạch hơn để sản xuất hydro sạch với chi phí có thể nhanh chóng cạnh tranh với các nhà sản xuất hiện tại.Tin tốt là có tiến bộ lớn đang được thực hiện trên mặt trận này. Các công ty khởi nghiệp đang thử nghiệm các cách tạo ra hydro bằng điện sạch thông qua điện phân, bằng cách phân hủy khí mê-tan thông qua nhiệt phân và thậm chí bằng cách khai thác nó từ các trầm tích tự nhiên trong lớp vỏ Trái đất (được gọi là hydro địa chất hoặc tự nhiên). Mặc dù có tiềm năng đáng kinh ngạc nhưng những công nghệ này sẽ không quy mô qua đêm. Trong nhiều trường hợp, công nghệ cơ bản vẫn còn rất đắt tiền và sẽ được hưởng lợi từ sự đổi mới hơn nữa để đạt được hiệu quả tối ưu và giảm chi phí. Ví dụ, như trong Hình 1, so với hydro có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, hydro điện phân chỉ chiếm chưa đến 0,01% sản lượng của Hoa Kỳ ngày nay. Điều đó phần lớn là do hydro điện phân có giá cao gấp bốn đến sáu lần so với hydro từ hóa thạch.
Tính cấp thiết của việc giảm mức phí bảo hiểm xanh của các công nghệ mới là lý do tại sao 45V lại có ý nghĩa quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu khử cacbon. Nó sẽ giúp giảm ngay chi phí của các giải pháp thay thế sạch, từ đó sẽ tăng tốc độ áp dụng, từ đó thúc đẩy tính kinh tế theo quy mô và do đó giảm chi phí hơn nữa, tiếp tục chu kỳ đạo đức cho đến khi công nghệ có thể mở rộng quy mô thị trường và cạnh tranh với hydro hiện tại trong các lĩnh vực mới và những công dụng mới lạ.
Hình 1: Sản lượng nhiên liệu hóa thạch và hydro điện phân hàng năm ở Mỹ. (Nguồn: Giải pháp Carbon )
Đây là những gì 45V không giải quyết được:
- Đảm bảo hydro sạch được sử dụng hiệu quả nhất để đạt được nền kinh tế ròng bằng không.
Nguồn cung cấp hydro sạch, giá rẻ trong tương lai sẽ không có ý nghĩa gì đối với khí hậu nếu nó không được sử dụng đúng nơi và 45V không giải quyết được thách thức này. Thực tế là việc chuyển đổi sang mức 0 ròng với chi phí hợp lý đòi hỏi chúng ta phải ưu tiên sử dụng hydro sạch ở những nơi cần thiết nhất. Điều này bao gồm các lĩnh vực của nền kinh tế và các quy trình mà các giải pháp thay thế sạch khác chưa tồn tại (nghĩ: hóa chất và nhiên liệu) hoặc nơi điện khí hóa quá đắt hoặc không thể thực hiện được do tính chất của mật độ năng lượng cần thiết (nghĩ: hàng không). Thật không may, ngay cả việc giảm phí bảo hiểm xanh của nguồn cung cấp hydro qua 45V cũng không đảm bảo rằng những người dùng cuối này sẽ là những người sử dụng hydro sạch. Thiếu khả năng tiếp cận vốn xây dựng chi phí thấp, người mua hạn chế sẵn sàng ký các thỏa thuận bao tiêu dài hạn, và nguyên liệu thô đắt tiền và không chắc chắn là một số lý do tại sao những ứng dụng mới này vẫn cần rất nhiều sự hỗ trợ để phát triển. Chúng ta sẽ cần thêm hỗ trợ chính sách về phía cầu và sự lãnh đạo của khu vực tư nhân để giải quyết những vấn đề này. Nếu không, chúng ta có nguy cơ sử dụng công cụ mạnh mẽ này theo những cách không tối ưu, không hiệu quả hoặc thậm chí có hại một cách rõ ràng. - Đảm bảo các công nghệ hỗ trợ cần thiết để hỗ trợ nền kinh tế hydro sạch ở quy mô lớn.
Khi mở rộng các phương pháp mới để sản xuất hydro sạch, chúng ta nên xem xét các nguồn tài nguyên thiên nhiên và năng lượng đầu vào cần thiết trong các quy trình đó và tìm cách hạn chế phát thải khí nhà kính liên quan đến việc sử dụng chúng. Ví dụ, tạo ra hydro bằng cách tách nước thông qua điện phân về mặt lý thuyết có thể tạo ra hydro không có carbon. Tuy nhiên, nguồn năng lượng cung cấp cho máy điện phân có thể tạo ra một lượng lớn khí thải cho quá trình này. Lưới điện của Hoa Kỳ khá ô nhiễm, có nghĩa là một máy điện phân nối lưới sản xuất hydro ngày nay có khả năng tạo ra hydro với mức phát thải cao gấp đôi so với hydro có nguồn gốc từ hóa thạch.Đó là lý do tại sao điều quan trọng đối với các quy tắc 45V là phải cung cấp các rào cản rõ ràng về cách tính lượng khí thải từ toàn bộ quá trình sản xuất hydro. Tuy nhiên, ngay cả việc nhúng các loại lan can này vào kết cấu 45V cũng không giải quyết được các vấn đề về hydro liên quan đến lưới điện của chúng ta. Nếu chúng ta cố gắng xây dựng các máy điện phân và công suất năng lượng sạch tương ứng trên một lưới điện thường xuyên bị tắc nghẽn và cắt giảm năng lượng sạch, chúng ta sẽ có nguy cơ đẩy toàn bộ hệ thống đến điểm giới hạn. Do đó, hydro nối lưới cũng sẽ yêu cầu xây dựng đường dây truyền tải và công suất truyền tải liên vùng tương ứng để đảm bảo nó thực sự sạch. Cả hai điều này sẽ cần được hỗ trợ nhiều hơn để tiến lên phía trước so với mức tín dụng thuế sản xuất có thể mang lại.
Cuối cùng, 45V sẽ không giải quyết được những thách thức về cơ sở hạ tầng vận chuyển và lưu trữ hydro mà chúng ta cần vượt qua để hỗ trợ việc sử dụng hydro trên quy mô rộng trong những thập kỷ tới. Trong tương lai, chúng ta có thể cần di chuyển hydro đi những khoảng cách xa và giữ nó tại chỗ cho đến khi sử dụng, một điều mà chúng ta chưa sẵn sàng để làm với tốc độ đổi mới và xây dựng cơ sở hạ tầng đang diễn ra.
Nói chung, Nhóm Vận động và Chính sách Đột phá của Năng lượng Hoa Kỳ hy vọng rằng chúng ta sẽ nhìn lại 20 năm sau kể từ bây giờ và kỷ niệm sự thay đổi lịch sử do khoản tín dụng thuế này gây ra. Đồng thời, chúng tôi nhận thức rõ ràng rằng con đường từ đây đến đó đầy rẫy những tác động không chắc chắn và phức tạp đến thị trường và hệ thống năng lượng mà chúng tôi không thể lường trước được ngày nay. Vì lý do đó, chúng ta sẽ khôn ngoan khi theo đuổi việc thực hiện chính sách này với một chút khiêm tốn và cởi mở để điều chỉnh trong quá trình thực hiện, đồng thời lưu ý rằng đó chỉ là một phần của câu đố lớn hơn mà chúng ta cần giải quyết.
