Quan điểm về năm 2025: Xanh đang lỗi thời, giờ thì sao?
Stephen B. Harrison vào ngày 19 tháng 12 năm 2024
Nợ của châu Âu và Hoa Kỳ đang ở mức cao nhất mọi thời đại. Các quốc gia đang phát triển đang phải vật lộn để nuôi sống người dân và cung cấp cho họ các điều khoản chăm sóc sức khỏe cơ bản. Chi phí chiến tranh và kế hoạch tăng chi tiêu quốc phòng đang làm thâm hụt ngân sách quốc gia. Việc các chính phủ vay một khoản tiền lớn để chi trả cho tương lai Phát thải ròng bằng 0 là điều không thực tế. Chúng ta phải suy nghĩ lại về mô hình đầu tư phi cacbon hóa. Không phải các dự án "xanh nhất" sẽ nhận được khoản đầu tư quy mô lớn, chỉ những dự án "tốt nhất" mới có thể được ngân hàng chấp nhận. "Tốt nhất" có nghĩa là gì? Đối với ngân hàng, nó có nghĩa là một trường hợp kinh doanh rõ ràng với mức rủi ro thấp có thể chấp nhận được.
Với tốc độ triển khai hydro xanh có thể chậm hơn so với hầu hết các mục tiêu hoặc dự báo trong năm năm qua, các phân tử hydro xanh khan hiếm nên được sử dụng tốt nhất có thể - trong bối cảnh các con đường thay thế để đạt được Phát thải ròng bằng 0.
Ví dụ, khi amoniac được tạo ra từ hydro thông qua quá trình cải cách hơi nước metan của khí tự nhiên, CO2 thoát ra khỏi bộ cải cách PHẢI được loại bỏ để cho phép phản ứng tổng hợp amoniac Haber Bosch xúc tác diễn ra. Mọi nhà máy amoniac sử dụng khí tự nhiên trên hành tinh này đều đã có cơ sở thu giữ CO2. CAPEX đã được chi tiêu và chi phí năng lượng để thu giữ CO2 đã được cam kết. CO2 này phải được cô lập để giảm cường độ CO2 của amoniac này. Do đó, tôi sẽ không ưu tiên hydro xanh để sản xuất amoniac cho đến khi chúng ta khử cacbon hàng loạt các nhà máy amoniac hiện có.
SMR để sản xuất hydro tại Hamburg
Trong bối cảnh này, lời kêu gọi của tôi đối với các chính phủ và nhà hoạch định chính sách trên toàn thế giới vào năm 2025 là hỗ trợ CCS trong lĩnh vực amoniac như một trong những sáng kiến khử cacbon 'có giá trị tốt nhất', có tác động vật chất và có thể triển khai nhanh chóng. Chúng ta phải theo đuổi các chính sách có liên quan đến ngày hôm nay, bên cạnh việc mơ về những gì có thể lý tưởng cho mục tiêu cuối cùng.
Còn về việc sản xuất hydro từ khí thiên nhiên trên các thiết bị cải tạo khí mêtan hơi nước (SMR) cho các nhà máy lọc dầu, nơi hydro được sử dụng để xử lý nhiên liệu lỏng thì sao? Có nên ưu tiên hydro xanh ở đây không? Cũng không. CO2 từ các SMR này hiện không được thu giữ. Nhưng có 60 đến 70% ở áp suất riêng phần rất cao trước khi hỗn hợp khí cải tạo đi vào đơn vị PSA tách hydro. Chi phí đơn vị để thu giữ CO2 tại địa điểm này thấp. Sẽ cần thiết bị mới và năng lượng mới. Nhưng chi phí thu giữ CO2 này thấp hơn nhiều ngành công nghiệp khác.
Tại sao điều này không được thực hiện ngày nay? Bởi vì trường hợp kinh doanh không đủ mạnh. Chi phí phát thải CO2 không đủ cao để biện minh cho khoản đầu tư vào thiết bị mới và phải chịu hình phạt về năng lượng. Tuy nhiên, CCS CO2 từ nguồn này sẽ là một sáng kiến khử cacbon khác có "giá trị tốt", tác động vật chất và triển khai nhanh chóng liên quan đến sản xuất hydro. Có thể làm gì? Các nhà hoạch định chính sách phải công nhận hydro có cường độ CO2 này và thúc đẩy thị trường cho nó. Tiêu chuẩn hiện tại cho hydro xanh rất chặt chẽ và loại khử cacbon một phần này không nhận được huy hiệu "xanh" nên tương đối ít được quan tâm. Tiêu chuẩn hydro "xanh" có liên quan đến các dự án xây dựng mới dựa trên ATR hoặc GHR có CCS tích hợp, nhưng còn tất cả các tài sản SMR hiện có thì sao? Chi phí vốn phải được công nhận - các khoản đầu tư mới vào các địa điểm mới không dễ để biện minh. Chúng ta phải ban hành các quy định có liên quan đến năm 2025, bên cạnh việc suy nghĩ về cách xác định "hydro xanh" lý tưởng.
Thông điệp của tôi ở đây là: hãy đảm bảo rằng chi phí phát thải khí nhà kính (GHG), cho dù là CO2, mêtan, F-Gases hay các loại khác, phải do người gây ô nhiễm chi trả. Tôi tin rằng nguyên tắc "người gây ô nhiễm phải trả tiền" này đã phục vụ chúng ta tốt thông qua việc giảm phát thải NOx và SOx. Sau đó, nếu hydro xanh thực sự là một phần lớn của câu trả lời, thì trường hợp kinh doanh cho quá trình khử cacbon sẽ phản ánh điều đó.
Một lần nữa, tôi nghe thấy những lo ngại, "nhưng Steve - anh không thể để thị trường quyết định liệu hydro xanh có phải là một phần của câu trả lời hay không, phải đưa ra một định hướng rõ ràng để các dự án cơ sở hạ tầng có thể được thực hiện". Được. Tôi đồng ý một phần. Cơ sở hạ tầng đường ống để vận chuyển hydro là khoản đầu tư vô cùng hữu ích cho tương lai. Và vì hiện tại không có trường hợp kinh doanh nào cho việc này, nên cần phải có một lượng lớn niềm tin và vốn hỗ trợ để triển khai việc này.
Để bổ sung cho đường ống, phải có kho lưu trữ ngầm công suất lớn để cân bằng cung cầu theo mùa và cho phép sản xuất hydro không liên tục từ nguồn điện bị cắt giảm với chi phí cực kỳ thấp. Tôi tin rằng phát triển cơ sở hạ tầng chung là một trong những vai trò quan trọng nhất mà bất kỳ chính phủ nào cũng có thể đảm nhiệm. Cũng giống như họ đã giúp xây dựng mạng lưới đường bộ, đường ray xe lửa và lưới điện, họ phải giúp xây dựng cơ sở hạ tầng đường ống và kho lưu trữ.
Tôi cũng chỉ đồng ý một phần với mối quan tâm trên, vì đường ống hydro mà tôi ủng hộ sẽ không phụ thuộc vào cường độ CO2 của hydro được cung cấp. Xanh lá cây, xám, xanh lam, ngọc lam, hồng hoặc trắng. Cầu vồng đầy đủ màu sắc có thể đi vào và đi ra trên cơ sở cân bằng khối lượng. Vì vậy, đường ống hydro không phụ thuộc vào hydro xanh mà là khoản đầu tư cho tương lai.
"Nhưng Steve, anh đang không nhất quán ở đây - đường ống hydro chính xác là như vậy, một đường ống hydro. Công nghệ đó không phụ thuộc vào đâu?" Tôi nghe bạn hỏi. Được rồi, bắn tốt. Vâng, bạn đã hiểu ý tôi. Có lẽ đây là loại ngoại lệ mà tôi sẵn sàng thực hiện vì tôi tin rằng các hệ thống năng lượng và hóa học trong tương lai của chúng ta sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào hydro trong tương lai so với trước đây.
Vậy, còn nhiên liệu điện tử thì sao? Đây có phải là ưu tiên cho hydro xanh không? Một số dự án trình diễn chắc chắn là cần thiết để xác thực công nghệ nhiên liệu điện. Đây sẽ là những dự án tiên phong cho tương lai. Tuy nhiên, xét đến lượng hydro bị mất đi khi chuyển thành nhiên liệu lỏng có mật độ năng lượng cao như dầu hỏa tổng hợp dùng cho máy bay, tôi không coi đây là ưu tiên sử dụng hydro xanh cho đến khi có nguồn cung dồi dào và loại khí này trở thành một mặt hàng phổ biến rộng rãi.
Hơn nữa, nhiên liệu thường có giá trị thấp nhất trong các loại hóa chất. Chúng ta thường chỉ đốt những thứ trừ khi không còn cách nào khác để sử dụng chúng. Hãy nghĩ đến việc đốt rác thải như một ví dụ. Chúng ta tái sử dụng và tái chế rác thải trước khi đốt để lấy giá trị năng lượng. Tại sao hydro xanh, một loại khí khan hiếm như vậy, lại bị đối xử tệ bạc như vậy khi chỉ sử dụng giá trị năng lượng của nó? Một vấn đề lớn với tình trạng thiếu tài chính cho rất nhiều dự án hydro xanh là những người mua trong lĩnh vực năng lượng không đủ khả năng trả phí bảo hiểm xanh cho một mặt hàng năng lượng - mô hình kinh doanh và biên lợi nhuận của họ sẽ không chấp nhận mức phí xa xỉ như vậy.
Còn nhựa tròn giá trị cao cho các sản phẩm tiêu dùng có thương hiệu thì sao? Liệu chúng có thể được sản xuất thông qua sự kết hợp của CO2 với hydro xanh không? Vâng, ở đây tôi là người ủng hộ nhiệt thành. Tại sao? Bởi vì nhựa có giá trị cao, chẳng hạn như tròng kính trong kính râm thiết kế của bạn, chỉ cần một lượng vật liệu rất nhỏ để sản xuất chúng. Và hiện tại có rất ít hydro xanh. Và, khi bạn trả vài trăm đô la cho một cặp kính như vậy, chi phí bổ sung của nhựa điện tử chỉ là một phần nhỏ trong tổng chi phí của sản phẩm tiêu dùng. Mức độ sẵn sàng chi trả của người tiêu dùng là cao và trường hợp kinh doanh có giá trị.
Đây là nơi tôi sẽ ưu tiên các phân tử hydro xanh đầu tiên. Đối với các sản phẩm có mức độ sẵn sàng chi trả cao và nơi mà "phí bảo hiểm xanh" trên vật liệu là "không đáng kể" trong chi phí của sản phẩm cuối cùng. Hơn nữa, trong những trường hợp này, CO2 cũng bị khóa trong nhựa trong nhiều năm, hỗ trợ loại bỏ carbon trong một khoảng thời gian. Tuy nhiên, chúng ta phải tôn trọng rằng nhựa sinh học có thể là một giải pháp thay thế khả thi. Vì vậy, ở giai đoạn này, việc đầu tư vào một loạt các công nghệ là điều cần thiết vì chúng ta vẫn chưa biết chính xác hỗn hợp nào sẽ chiến thắng trong trò chơi cuối cùng.
Còn hydrocarbon hóa thạch cho hóa chất có CCS hay hydro xanh cho nhựa điện tử thì sao? Tôi không coi đây là trường hợp của một trong hai. Tôi tin rằng chúng ta phải tiến triển với cả hai. Vấn đề là quy mô mà các sản phẩm hóa dầu hiện nay tồn tại và lượng khí thải CO2 mà chúng gây ra so với lượng hydro xanh hiện nay. Hãy nhanh chóng khử cacbon những gì chúng ta có để tạo ra tác động sâu sắc trong thập kỷ này. Song song đó, hãy tiến hành các dự án trình diễn và tăng dần các lộ trình dựa vào hydro xanh cho nhựa điện tử để chúng ta có một lộ trình không hóa thạch để bổ sung cho nhựa sinh học trong dài hạn.
Vậy điều này để lại hậu quả gì cho e-methanol? Vâng, tôi rất lạc quan về e-methanol. Đây là lý do tại sao. Bởi vì nó có thể là tiền đề để tạo ra nhiều loại nhựa có giá trị cao với những lợi ích tương xứng như trên. Và, nó cũng có thể được sử dụng như một loại nhiên liệu riêng, ví dụ như trong các ứng dụng hàng hải, nơi lượng khí thải dạng hạt ít hơn đáng kể so với dầu nhiên liệu nặng, do đó có những lợi ích về môi trường mang tính hiệp đồng. Hơn nữa, nếu chúng ta muốn, e-methanol có thể được tổng hợp và gửi đến các nhà máy lọc dầu để chuyển đổi thành nhiên liệu hàng không bền vững thông qua con đường methanol-thành-dầu hỏa.
Trường hợp e-methanol, được tạo ra từ hydro xanh và CO2 tuần hoàn là rất mạnh mẽ. Các công nghệ chính đã được chứng minh hoặc đang có những tiến bộ đáng kể hướng tới khả năng thanh toán. Các dự án có thể được giảm rủi ro với nhiều con đường tiếp nhận. Trường hợp kinh doanh có thể là các sản phẩm có giá trị cao có lợi nhuận ở các thị trường có mức sẵn sàng chi trả cao được nhắm mục tiêu. Vâng, điều này xếp chồng lên nhau tốt.
Nếu e-methanol là một loại thuốc chữa bách bệnh như vậy, chúng ta sẽ phải đặt câu hỏi liệu có bao giờ cần đến nhiên liệu điện tử được tạo ra từ hydro xanh và CO2 tuần hoàn từ con đường tổng hợp Fisher Tropsch hay không. Tôi ngày càng hoài nghi về con đường khả thi đó. Tính chọn lọc đối với dầu hỏa hàng không (có vẻ là nhiên liệu có trường hợp kinh doanh tốt nhất) không bằng
tốt như methanol so với dầu hỏa. Hiệu quả năng lượng cũng vậy. Và không có lợi ích về capex. Và, việc xử lý và thay thế chất xúc tác rất tốn kém và có khả năng gây nguy hiểm cho môi trường.
Vậy, tôi đã mất niềm tin vào hydro như một phần quan trọng của tương lai không cacbon hóa chưa? Không. Nhưng tôi thấy những ưu tiên khác để đạt được quá trình khử cacbon nhanh chóng, hiệu quả về chi phí và có tác động. Tôi đã mất hứng thú với hydro xanh và trở thành một con khủng long nhiên liệu hóa thạch chưa? Không. Đơn giản là vấn đề đưa một loại vào khi chúng ta loại bỏ loại kia. Và tại thời điểm này, thế giới vẫn phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu hóa thạch cho dù chúng ta có thích hay không. Làm việc với thực tế này, chứ không phải chống lại, là có trách nhiệm.
Những gì chúng ta nên làm vào năm 2025 không phải là những gì chúng ta muốn làm vào năm 2050. Và chúng ta phải khử cacbon nhanh chóng nếu hành tinh này và dân số hiện tại của nó muốn tồn tại dưới một hình thức nào đó có thể nhận ra cho đến năm 2050. Vì vậy, hãy làm việc với nhiên liệu hóa thạch theo cách tốt nhất có thể cho đến khi các giải pháp thay thế thực sự được mở rộng quy mô.
Tôi đã biết tất cả những điều này cách đây năm năm chưa? Không. Liệu tôi có đưa ra cùng quan điểm khi đó không? Không. Tôi có giữ quyền điều chỉnh suy nghĩ của mình theo thông tin mới và bối cảnh công nghệ sạch đang thay đổi trong nửa sau của thập kỷ này không? Ồ có chứ! Và tôi mong muốn được xem xét tình hình năng động này hàng ngày và điều chỉnh suy nghĩ của mình cho phù hợp - phù hợp với các sự kiện mới nhất, nghiên cứu tốt nhất, các quy định hiện hành và các quỹ đạo triển khai có thể xảy ra.
Về tác giả
Sự nghiệp kéo dài 30 năm trong các lĩnh vực khí công nghiệp, năng lượng và hóa chất đã mang lại cho Harrison sự tiếp xúc đáng kể với nhiều khía cạnh của nền kinh tế hydro. Ông đã làm việc trong các vai trò kinh doanh, kỹ thuật và vận hành cho BOC Gases và Linde Gas ở cấp điều hành toàn cầu cấp cao, sau đó là cố vấn tại sbh4 GmbH. Tại BOC, ông vận hành các nhà máy SMR để sản xuất hydro. Tại Linde, ông quản lý một doanh nghiệp bao gồm một loạt các máy điện phân hydro để bán hoặc cho thuê cho khách hàng.
Harrison có hiểu biết sâu sắc về chuỗi giá trị hydro hiện đại và các thiết bị sản xuất hydro xanh liên quan như bốn loại máy điện phân chính (SOE, AEC, PEM và AEM) đang được sử dụng ở quy mô công nghiệp ngày nay. Ngoài các tuyến đường SMR và ATR, khí hóa than, than cốc và chất thải cũng được Stephen biết đến như là các con đường sản xuất hydro. Sự kết hợp của các công nghệ hydro 'xám' này kết hợp với CCS có thể tạo ra hydro carbon thấp hoặc hydro xanh. Các công nghệ sản xuất hydro vẫn đang trong giai đoạn R&D hoặc giai đoạn thương mại hóa ban đầu, chẳng hạn như khí hóa plasma, điện phân plasma và nhiệt phân mêtan cũng nằm trong phạm vi chuyên môn của ông.
Ngoài sản xuất hydro, Harrison cũng rất quen thuộc với các ứng dụng hydro trong công nghiệp, chẳng hạn như lọc dầu, sản xuất thép và hóa chất. Ông cũng có chuyên môn về các ứng dụng mới nổi trong khả năng di chuyển bằng hydro cho ô tô, xe buýt, xe tải, tàu hỏa, máy bay và thuyền. Là thành viên của Ban cố vấn biên tập của H2 View, ông thường xuyên viết về sản xuất hydro, cơ sở hạ tầng phân phối, ứng dụng, khử cacbon và chính sách năng lượng tái tạo.
