Nỗ lực tăng tốc hướng tới một xã hội Hydrogen
Vào ngày 23 tháng 10 năm 2018, hội nghị quốc tế đầu tiên trên thế giới về việc sử dụng hydro, Hội nghị Bộ trưởng Năng lượng Hydro, đã được tổ chức tại Tokyo. Tham gia cùng các bộ trưởng có hơn 300 thành viên từ các ngành công nghiệp ô tô và năng lượng, các chính phủ và nghiên cứu. Khi Mitsubishi Power hiện đang thúc đẩy ứng dụng thực tế của tuabin khí hydro kích thước lớn, phó chủ tịch điều hành kiêm CTO, Giám đốc công nghệ, Akimasa Muyama, đã có buổi nói chuyện với tiêu đề “Chuỗi cung ứng thượng nguồn & toàn cầu cho việc sử dụng hydro toàn cầu”.
Ngày càng có nhiều ví dụ về ứng dụng hydro ở châu Âu. Vào tháng 1 năm 2017, Hội đồng Hydrogen, một sáng kiến toàn cầu nhằm định vị hydro là năng lượng mới, được thành lập, bắt đầu với 13 công ty hàng đầu thế giới về năng lượng, vận tải và sản xuất. Tính đến tháng 9 năm 2018, 53 công ty đã tham gia sáng kiến này. Với Mitsubishi Heavy Industries là thành viên hỗ trợ của Hội đồng, Mitsubishi Power cũng đang tham gia vào sáng kiến với tư cách là một phần của Tập đoàn Mitsubishi Heavy Industries.
Tại sao kỳ vọng nhiều vào năng lượng hydro
Tại sao lại tập trung nhiều vào năng lượng hydro? Trước hết, nó là một loại năng lượng góp phần rất lớn vào vấn đề nóng lên toàn cầu vì nó không tạo ra CO2 khi sử dụng. Thứ hai, nó mang lại an ninh năng lượng cao hơn. Nhật Bản phụ thuộc rất nhiều vào nhập khẩu nhiên liệu hóa thạch mà chúng ta sử dụng. Mặt khác, chúng ta có thể kỳ vọng sẽ giảm thiểu rủi ro về nguồn cung cấp và nguồn cung cấp vì hydro có thể được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, cùng với tiềm năng lưu trữ và vận chuyển lớn hơn.
Vậy hydro được tạo ra như thế nào? Có ba cách chủ yếu để sản xuất hydro:
Đầu tiên, chúng ta có hydro được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Đây là các sản phẩm phụ từ các nhà máy hóa chất hiện có cũng như từ quá trình tái chế hoặc khí hóa dầu, khí tự nhiên và than đá.
Phương pháp thứ hai là kết hợp hydro có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch với CCUS (Thu giữ, Sử dụng và Lưu trữ Carbon). Đây là phương pháp được xem xét để sản xuất hydro trong dự án Mitsubishi Power hiện đang tham gia nghiên cứu khả thi để chuyển đổi cơ sở sản xuất nhiệt điện ở Hà Lan, nơi đốt khí tự nhiên thành nhà máy phát điện 100% hydro.
Phương pháp thứ ba là sản xuất hydro từ nước điện phân. Nếu chúng ta sử dụng năng lượng tái tạo cho điện năng cần thiết cho quá trình điện phân, thì không có khí CO2 nào được thải ra ngay cả trong giai đoạn sản xuất.
Muyama chia sẻ dự đoán của mình, “Với xu hướng tương lai về hydro, tôi nghi ngờ hydro từ nhiên liệu hóa thạch sử dụng CCUS sẽ là phương pháp phổ biến trong trung hạn. Việc giảm chi phí và các tiến bộ kỹ thuật trong dài hạn sẽ làm cho hydro từ năng lượng tái tạo trở thành tiêu chuẩn. ”
Chuyển sang hydro trong sản xuất điện
Kể từ khi Hiệp định Paris được thông qua, nỗ lực toàn cầu nhằm khử cacbon hoặc hiện thực hóa một xã hội các-bon thấp đang tăng tốc và ngày càng có nhiều kỳ vọng về việc sản xuất điện để giảm phát thải CO2.
“Tình hình sản xuất điện ở Nhật Bản ngày nay như thế nào?
Mặc dù chúng ta thấy rằng sản xuất năng lượng tái tạo từ mặt trời và gió đang tăng nhanh, tính đến năm 2016, 83,6% tổng năng lượng được sản xuất từ quá trình phát nhiệt sử dụng nhiên liệu hóa thạch (LNG, dầu, than, v.v.)
Những nỗ lực không ngừng đang được thực hiện để nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu. Trong hệ thống phát điện chu trình hỗn hợp tuabin khí (GTCC) mới nhất, hiệu suất đã đạt khoảng 64%, giảm một nửa sản lượng CO2 so với phát điện bằng nhiệt điện than thông thường.
Kế hoạch này là liên tục phát triển công nghệ để nâng cao hiệu quả phát nhiệt cũng như mở rộng việc sử dụng năng lượng tái tạo. Ngoài ra, có nhiều kỳ vọng về tiềm năng của hydro làm nhiên liệu cho sản xuất điện vì nó có thể làm giảm đáng kể lượng khí thải CO2.
Muyama nói, “Trong động thái giảm phát thải CO2 trong sản xuất năng lượng nhiệt ở Nhật Bản, trước tiên chúng tôi có thể sẽ triển khai phương pháp kết hợp đốt khí tự nhiên và hydro với nhau và cuối cùng chuyển sang 100% hydro. Bằng cách sử dụng công nghệ mới nhất trong sản xuất nhiệt điện, trước tiên chúng ta phải ổn định nguồn cung cấp bằng cách chuyển đổi nhiên liệu thành hydro, điều này rõ ràng sẽ cho phép sản xuất điện không có CO2 ”.
Có nhiều ứng dụng và khả năng khác nhau trong hydro, nhưng một vấn đề vẫn còn đó là chi phí. Trong lộ trình cho “Chiến lược Hydrogen Cơ bản”, Chính phủ Nhật Bản đã đặt mục tiêu giảm 1/3 chi phí vào năm 2030 xuống còn 3 USD / kg (giá trạm hiện tại: 10 USD / kg) khi chuỗi cung ứng hydro quốc tế cài đặt.
Muyama tiếp tục nói rằng “Khi bạn chạy phát điện chu trình hỗn hợp tuabin khí cấp 400MW trong một năm, lượng hydro tiêu thụ sẽ bằng 2 triệu FCV. Việc sản xuất điện sẽ trực tiếp dẫn đến tiêu thụ hydro lớn, góp phần giảm chi phí ”. Việc sử dụng hydro trong sản xuất điện sẽ giảm chi phí sản xuất hydro, điều này có khả năng thú
trên các lĩnh vực khác.
Hydro là chất mang năng lượng
Tiềm năng của hydro không chỉ là năng lượng thứ cấp trong sản xuất điện mà còn là “chất mang năng lượng” cho phép lưu trữ và vận chuyển năng lượng.
Vì khối lượng điện năng được tạo ra phải ngang bằng với khối lượng tiêu thụ, nên có thể có năng lượng dư thừa được tạo ra từ việc phát điện tái tạo do tính chất không thể đoán trước được. Việc có thể tích trữ hydro (khí) được chuyển hóa từ năng lượng dư thừa như vậy (điện năng) sẽ góp phần làm giảm chi phí sản xuất hydro. Quá trình này được gọi là P2G (Power to Gas).
Nếu phương pháp này được triển khai, có thể “vận chuyển” năng lượng, là hydro được tạo ra từ lượng dư thừa trong quá trình phát điện tái tạo ở những nơi chúng ta có đủ ánh sáng mặt trời, gió, v.v. (ví dụ, ở những hòn đảo xa xôi không có điện lưới điện hoặc khu vực hoang vắng, nơi tiêu thụ năng lượng bị hạn chế với khả năng dư thừa năng lượng). Có thể chuyển đổi điện năng được tạo ra từ năng lượng tái tạo chi phí thấp và năng lượng không sử dụng khác (than non, hydro sản phẩm, v.v.) thành hydro cũng có thể là một lợi thế cho nhập khẩu vào Nhật Bản. Có nhiều lựa chọn trong chất mang hydro bao gồm hydro lỏng, MCH (methylcyclohexane), amoniac trong số những chất khác, và các nghiên cứu khác nhau đang được tiến hành trên nhiều lĩnh vực.
Tương lai của Hydrogen
Vào tháng 6 năm 2019, Nhật Bản sẽ tổ chức G20, nơi vai trò và tầm quan trọng của hydro sẽ được thảo luận trong “Hội nghị Bộ trưởng về Chuyển đổi năng lượng và Môi trường toàn cầu để tăng trưởng bền vững”.
Ngoài ra, Thế vận hội Olympic / Paralympic Tokyo năm 2020 sẽ là một sân khấu để giới thiệu tiềm năng của năng lượng hydro trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Để hiện thực hóa một xã hội dựa trên hydro, Chính quyền Thủ đô Tokyo đã công bố mục tiêu áp dụng FCV, xe buýt FC, trạm hydro cũng như giới thiệu pin nhiên liệu trong gia đình.
Trên toàn cầu, Mitsubishi Power đang tham gia vào một nghiên cứu khả thi ở Hà Lan, nơi một nhà máy điện chu trình hỗn hợp tuabin khí đốt tự nhiên (GTCC) quy mô lớn 440MW đang được chuyển đổi thành nhà máy phát điện 100% hydro bằng cách 2027. Điều này sẽ làm giảm sản lượng CO2 hiện tại (1,3 triệu tấn / năm) xuống gần như bằng không.
Khi nhìn vào lịch sử của các chính sách năng lượng toàn cầu, chúng ta có thể thấy cứ vài thập kỷ lại có một nguồn khác được chọn, phản ánh giá trị của chúng ta trong khoảng thời gian đó. Năng lượng thay đổi theo thời gian, và xã hội cũng phát triển theo nó.
Không nghi ngờ gì rằng lộ trình hiện thực hóa một xã hội hydro sẽ tăng tốc khi các quốc gia, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu tiếp tục cống hiến kiến thức, trí tuệ và chuyên môn của họ cho tương lai.
