Sản xuất hydro đa dạng có thể giảm 96% lượng khí thải tại các thành phố Trung Quốc
Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Communication Earth & Environment đã khám phá cách sản xuất hydro đa dạng có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon và mức sử dụng năng lượng tại các thành phố lớn của Trung Quốc. Nghiên cứu nhấn mạnh rằng việc kết hợp hydro xanh và hydro xanh lam có thể giảm lượng khí thải tới 96% so với hydro than.
Nguồn ảnh: 3rdtimeluckystudio/Shutterstock.com
Những phát hiện này cung cấp những hiểu biết thiết thực cho các nhà hoạch định chính sách và các bên liên quan trong ngành để hỗ trợ các mục tiêu trung hòa carbon năm 2060 của Trung Quốc và thúc đẩy các hệ thống năng lượng đô thị bền vững.
Năng lượng hydro: Một công nghệ sạch mới nổi
Năng lượng hydro đang thu hút sự chú ý trên toàn cầu như một nguồn năng lượng sạch và linh hoạt, thiết yếu để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Nó có tiềm năng khử cacbon cho các lĩnh vực như giao thông vận tải, công nghiệp và sản xuất điện.
Theo Báo cáo Đánh giá Hydro Toàn cầu năm 2024, nhu cầu hydro đạt 97 triệu tấn trên toàn thế giới vào năm 2023, tăng 2,5% so với cùng kỳ năm trước. Là quốc gia sản xuất hydro lớn nhất thế giới, Trung Quốc có công suất sản xuất hàng năm vượt quá 49 triệu tấn vào năm 2023. Công suất này chủ yếu đến từ nhiên liệu hóa thạch như than đá và khí đốt tự nhiên, dẫn đến lượng khí thải carbon cao. Việc chuyển đổi sang hydro carbon thấp, bao gồm hydro xanh (được sản xuất bằng công nghệ thu giữ carbon) và hydro xanh lá cây (từ quá trình điện phân năng lượng tái tạo), là rất quan trọng để giảm phát thải.
Mặc dù có tiềm năng, sản xuất hydro vẫn còn tốn kém. Chiến lược hydro của Trung Quốc sử dụng các phương pháp sản xuất đa dạng dựa trên nguồn tài nguyên khu vực để giảm chi phí và đảm bảo nguồn cung sạch hơn. Điều này phù hợp với Kế hoạch Phát triển Ngành công nghiệp Hydro của quốc gia này, đặt mục tiêu sản xuất 100.000-200.000 tấn hydro tái tạo vào năm 2025.
Đánh giá Sản xuất Hydro tại các Thành phố Hàng đầu của Trung Quốc
Để đánh giá vai trò của hydro trong việc giảm phát thải, các nhà nghiên cứu đã phân tích 12 phương pháp sản xuất hydro tại năm thành phố chính của Trung Quốc: Thượng Hải, Bắc Kinh, Phật Sơn, Trương Gia Khẩu và Trịnh Châu. Các thành phố này đóng vai trò là các cụm thí điểm hydro nhờ cơ sở hạ tầng mạnh mẽ và sự hỗ trợ về chính sách. Đánh giá vòng đời (LCA) đã được sử dụng để đo lường lượng khí thải carbon và mức tiêu thụ năng lượng từ sản xuất đến phân phối.
Nghiên cứu đã xem xét các công nghệ như khí hóa than, cải cách khí metan bằng hơi nước (SMR), điện phân clo-kiềm, khí hóa sinh khối và điện phân màng trao đổi proton (PEM) sử dụng năng lượng mặt trời, gió hoặc điện lưới. Các phương pháp dựa trên nhiên liệu hóa thạch kết hợp với thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) cũng đã được đánh giá.
Tại Bắc Kinh, điện phân PEM sử dụng điện lưới phát thải tới 33,26 kg carbon dioxide (CO2) trên mỗi kg hydro, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của điện sạch đối với sản xuất hydro xanh. Các tác giả đã mô hình hóa chín kịch bản tương lai để đánh giá tác động của việc cải tiến công nghệ, việc áp dụng CCUS và sự tăng trưởng của thị trường hydro từ năm 2021 đến năm 2060. Các kịch bản này xem xét các yếu tố như giá carbon, chi phí công nghệ và khả năng cung cấp năng lượng tại địa phương để ước tính phương pháp cung cấp hydro bền vững và chi phí thấp nhất.
Kết quả chính về Giảm phát thải và Tiết kiệm năng lượng
Các phát hiện cho thấy việc sử dụng các phương pháp sản xuất hydro đa dạng, đặc biệt là kết hợp hydro xanh lam và hydro xanh lục, có thể giảm lượng khí thải CO2 trong suốt vòng đời từ 65% đến 96% so với sản xuất bằng than. Tại Bắc Kinh, điều này có thể giảm lượng khí thải từ hơn 40 triệu tấn hiện nay xuống chỉ còn 1,7 đến 6,7 triệu tấn mỗi năm vào năm 2060.
Mặc dù ban đầu khá tốn kém, hydro xanh lam trở nên khả thi hơn khi công nghệ CCUS được cải thiện và thuế carbon tăng lên, với tác động cao nhất dự kiến vào khoảng năm 2055, có khả năng tránh được tới 3,4 triệu tấn CO2 tại Bắc Kinh trong điều kiện thuận lợi.
Đến năm 2050, hơn 50% thị trường hydro tại các thành phố thí điểm có thể dựa vào điện phân tái tạo, và có khả năng vượt quá 95% tại các thành phố như Bắc Kinh vào năm 2060. Sự thay đổi này phụ thuộc vào việc giảm chi phí điện phân và năng lượng tái tạo rẻ hơn, với chi phí điện phân PEM dự kiến sẽ giảm đáng kể vào năm 2035 và 2060. Khí hóa than và SMR, hiện đang chiếm ưu thế, dự kiến sẽ giảm do giá carbon và những thay đổi về chính sách, với tỷ lệ hydro xám giảm từ hơn 90% vào năm 2030 xuống còn 4% đến 14% vào năm 2060.
Ứng dụng Thực tế cho Hệ thống và Chính sách Năng lượng Đô thị
Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tận dụng các nguồn lực địa phương để thiết kế các chiến lược sản xuất hydro hiệu quả. Các thành phố giàu phụ phẩm công nghiệp nên ưu tiên thu hồi hydro phụ phẩm để giảm chi phí và khí thải. Các khu vực giàu năng lượng mặt trời, gió hoặc thủy điện rất phù hợp để mở rộng quy mô sản xuất hydro xanh.
Các chính sách của chính phủ rất quan trọng để đẩy nhanh việc áp dụng hydro. Các biện pháp hỗ trợ như trợ cấp vốn và tín dụng thuế có thể giúp giảm chi phí. Việc thiết lập các tiêu chuẩn chứng nhận thống nhất cho hydro sạch sẽ tăng cường tính minh bạch của thị trường và xây dựng niềm tin của người tiêu dùng. Đầu tư vào sản xuất máy điện phân
Cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo, năng lượng tái tạo và phân phối hydro là cần thiết để vượt qua những thách thức về kỹ thuật và kinh tế.
Hướng tới Phát triển Đô thị Bền vững
Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sản xuất hydro đa dạng có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon ở các khu vực đô thị. Đến năm 2060, việc sử dụng kết hợp các công nghệ hydro được điều chỉnh theo điều kiện địa phương có thể cắt giảm lượng khí thải từ 65% đến 96% so với việc chỉ dựa vào hydro than. Hydro xanh, cùng với CCUS và định giá carbon, là một bước chuyển đổi quan trọng hướng tới tương lai hydro xanh.
Các nghiên cứu trong tương lai cần giải quyết những thách thức liên quan đến lưu trữ hydro, khí thải vận chuyển, chi phí cơ sở hạ tầng và rủi ro chuỗi cung ứng. Nghiên cứu này nhấn mạnh rằng việc áp dụng nhiều lộ trình hydro là một chiến lược hiệu quả để đạt được mức trung hòa carbon, tăng cường an ninh năng lượng và hỗ trợ các hệ thống năng lượng đô thị bền vững ở Trung Quốc và các khu vực khác. Việc lập kế hoạch hợp tác và hỗ trợ chính sách mạnh mẽ sẽ rất cần thiết để mở rộng quy mô công nghệ hydro và đáp ứng các mục tiêu carbon quốc gia.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Quan điểm được thể hiện ở đây là quan điểm của tác giả được thể hiện với tư cách cá nhân và không nhất thiết đại diện cho quan điểm của AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, chủ sở hữu và điều hành trang web này. Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm này là một phần của Điều khoản và điều kiện sử dụng trang web này.
Nguồn:
Chu, Y., Zhou, K., Hu, R. và cộng sự. Các phương pháp sản xuất hydro đa dạng có thể giảm lượng khí thải carbon dioxide và mức tiêu thụ năng lượng trên khắp các thành phố Trung Quốc. Commun Earth Environ 6, 471 (2025). DOI: 10.1038/s43247-025-02452-5, https://www.nature.com/articles/s43247-025-02452-5
