Sản xuất hydrogen điện phân từ NLTT có ít phát thải hơn sản xuất H2 từ LNG có thu hồi lưu trữ CO2?

Sản xuất hydrogen điện phân từ NLTT có ít phát thải hơn sản xuất H2 từ LNG có thu hồi lưu trữ CO2?

1) Thực trạng nguồn điện trong sản xuất tấm PV ở Trung Quốc

• Các chuỗi cung ứng PV tập trung mạnh ở Trung Quốc (phần lớn polysilicon → wafer → cell → module sản xuất ở Trung Quốc). International Energy Agency+1

• IEA và báo cáo khác ghi rằng “than đá chiếm tỉ lệ lớn trong điện dùng cho ngành sản xuất PV toàn cầu (đặc biệt nhiều ở các nhà máy Trung Quốc)” — nói nôm na: hơn 60% điện dùng cho sản xuất PV toàn cầu đến từ than (vì các cơ sở sản xuất lớn ở khu vực than-dominant như Trung Quốc). International Energy Agency

• Thực tế lưới Trung Quốc vẫn dựa nhiều vào than (đóng góp khoảng ~56–60% của sản xuất điện toàn quốc trong những năm gần đây), dù tỉ lệ renewables tăng nhanh. Điều này kéo theo cường độ carbon của điện dùng trong sản xuất module ở Trung Quốc tương đối cao so với các vùng làm module bằng nguồn điện sạch. S&P Global+1

• Các nghiên cứu LCA cho thấy ước lượng carbon footprint của module sản xuất ở Trung Quốc biến rất rộng, do phụ thuộc vào địa điểm, quy trình, tiêu chuẩn nhà máy; các ước tính nằm trong khoảng ~400 → 3,000 kgCO₂-eq/kWp (tức khoảng vài chục đến vài trăm gCO₂e/kWh đầu ra tùy giả định). Nói ngắn: có biến/nhiễu lớn, nhưng xu hướng chung là module làm ở Trung Quốc cao hơn module làm ở EU nơi lưới sạch hơn. MDPI+1

Kết luận ngắn: nhà máy PV Trung Quốc thường dùng điện lưới có tỷ lệ than lớn — làm cho phần embodied emissions của tấm PV cao hơn so với sản xuất ở chỗ lưới ít carbon.

2) Thực trạng nguồn điện & phát thải khi sản xuất máy điện phân (electrolyser) — Trung Quốc vs EU

• Năng lực sản xuất electrolyser toàn cầu tăng nhanh; Trung Quốc chiếm phần lớn công suất chế tạo (ví dụ 2023: ~60% công suất mới). Nhà máy chế tạo electrolyser ở Trung Quốc thường dùng lưới Trung Quốc (vẫn còn nhiều than), trong khi nhà máy ở EU dùng lưới có tỉ lệ renewables + nuclear cao hơn — dẫn đến embodied emissions sản xuất thiết bị ở Trung Quốc thường cao hơn ở EU (mức khác nhau tùy nhà máy). International Energy Agency+1

• Nhiều nghiên cứu LCA cho thấy phần phát thải do sản xuất electrolyser (embodied emissions) có thể chiếm một phần rõ rệt nhưng thường nhỏ hơn tổng phát thải do điện tiêu thụ khi vận hành — tuy nhiên ở cấp module/stack, giá trị tuyệt đối không nhỏ: một số nghiên cứu báo tổng CO₂ của stack (chỉ vật liệu/stack) theo công nghệ có thể vào vài tấn CO₂ cho một stack lớn; khác biệt giữa AEL vs PEM cũng đáng kể (PEM stack ít embodied hơn AEL theo một số báo). ResearchGate+1

• Tóm lại: electrolyser sản xuất ở Trung Quốc chịu footprint lớn hơn do lưới carbon-intense; electrolyser sản xuất ở EU có footprint thấp hơn (nhờ lưới sạch hơn và chuỗi cung ứng khác).

3) Bài toán mẫu định lượng — giả định minh bạch & các kịch bản

Bài toán mẫu so sánh green H₂ (PV → électrolysis) với chi tiết: khác nhau theo nơi sản xuất module PV và electrolyser. Ta giữ điện để vận hành electrolysis là từ chính PV (vận hành không phát thải thêm) — nhưng phần embodied (sản xuất tấm PV và electrolyser) vẫn tính. Các con số đều có nguồn tham khảo ở dưới.

Giả định chính (để minh hoạ)

1. Năng lượng điện cho electrolysis: 50 kWh / kg H₂ (giá trị phổ biến cho PEM/alkaline hiện nay). International Energy Agency

2. Sản lượng điện trọn đời tấm PV: dùng để chuyển đơn vị từ kgCO₂/kWp → gCO₂/kWh; mình làm đơn giản theo cách kinh điển: dùng gCO₂e/kWh (LCA intensity) trực tiếp thay vì kWp → kWh chi tiết. Điều này là cách thường dùng khi so lifecycle-intensity.

3. Hai mức cường độ carbon đại diện cho tấm PV:

   • PV–China (thực tế nhà máy Trung Quốc, than-heavy): 80 gCO₂e / kWh (giá trị đại diện trung tính trong dải cao do than-dominant sản xuất; IEA báo than chiếm >60% điện dùng cho PV manufacturing). (ghi chú: literature range rất rộng; 80 là con số minh họa nằm trong dải giữa các ước tính cao). International Energy Agency+1

   • PV–EU (module làm ở EU / bằng điện ít carbon): 25 gCO₂e / kWh (đại diện lưới sạch hơn / nhà máy dùng renewables). IAEA+1

4. Embodied emissions của electrolyser (sản xuất thiết bị) — tính trực tiếp trên mỗi kg H₂ (đơn giản hoá bằng spread):

   • Electrolyser–China (made in China): +1.2 kgCO₂e / kg H₂ (do sản xuất nhà máy dùng lưới than-heavy, process & vật liệu). (ước lượng, dựa trên tài liệu cho thấy embodied có thể vài trăm đến vài nghìn kgCO₂ cho stack; chuyển thành mức trên mỗi kgH2 tùy công suất & vòng đời hệ thống — mình lấy con số thận trọng cao hơn để phản ánh nhà máy carbon-intensive). CSIRO+1

   • Electrolyser–EU (made in EU): +0.6 kgCO₂e / kg H₂ (lưới sạch hơn, quy trình tốt hơn). agora-energiewende.org+1

Ghi chú quan trọng: các con số embodied electrolyser ở trên là ước lượng đơn giản hoá để minh hoạ khác biệt vùng sản xuất. Nhiều tài liệu (IEA/DOE/ACAD) chỉ ra rằng embodied electrolyser thường ít ảnh hưởng hơn điện vận hành nhưng không thể bỏ qua; mình dùng số thận trọng để minh hoạ.

Tính toán (digit-by-digit)

Công thức đơn giản cho Green H₂ (lifecycle CO₂e/kg H₂) =
(PV_LCA_g_per_kWh × Electrolysis_kWh_per_kg_H2)/1000 + Embodied_electrolyser_kgCO2_per_kgH2

Với Electrolysis_kWh_per_kg_H2 = 50 kWh/kg.

Trường hợp A — cả module PV và electrolyser sản xuất ở Trung Quốc

• PV phần: 80 gCO₂e/kWh × 50 kWh = 4,000 gCO₂e = 4.000 kgCO₂e.

• Electrolyser phần: +1.2 kgCO₂e/kg H₂.

• Tổng A = 4.000 + 1.200 = 5.200 kgCO₂e / kg H₂.

Trường hợp B — module PV sản xuất ở Trung Quốc, electrolyser sản xuất ở EU

• PV phần: 80 × 50 = 4.000 g = 4.0 kg.

• Electrolyser EU: +0.6 kg.

• Tổng B = 4.0 + 0.6 = 4.6 kgCO₂e / kg H₂.

Trường hợp C — module PV sản xuất ở EU, electrolyser sản xuất ở EU

• PV phần: 25 × 50 = 1.250 g = 1.25 kg.

• Electrolyser EU: +0.6 kg.

• Tổng C = 1.25 + 0.6 = 1.85 kgCO₂e / kg H₂.

Trường hợp D — module PV sản xuất ở EU, electrolyser sản xuất ở Trung Quốc

• PV phần: 25 × 50 = 1.25 kg.

• Electrolyser CN: +1.2 kg.

• Tổng D = 1.25 + 1.20 = 2.45 kgCO₂e / kg H₂.

4) So sánh nhanh với blue H₂ (SMR + CCS) — tham chiếu

• Như ở phân tích trước, blue H₂ có thể dao động lớn: kịch bản tốt (capture ≥90%, leakage methane thấp) → ~2.5–3.0 kgCO₂e/kg H₂; kịch bản tệ (capture thấp, leakage cao) → >4–6 kgCO₂e/kg H₂. (dải rộng). PMC+1

So sánh:

• Nếu module PV và electrolyser đều làm ở Trung Quốc (Trường hợp A) → ~5.2 kgCO₂e/kg H₂ → thường cao hơn blue-H₂ tốt và tương đương hoặc hơn blue-H₂ tệ.

• Nếu module PV CN + electrolyser EU (B) → ~4.6 kgCO₂e/kg H₂ → vẫn cao hơn blue-H₂ tốt (2.5–3) nhưng gần dải tệ.

• Nếu module PV EU + electrolyser EU (C) → ~1.85 kgCO₂e/kg H₂ → rất thuận lợi, thấp hơn blue-H₂ tốt; đây là kịch bản “green H₂ thật sự thấp-carbon”.

• Nếu module PV EU + electrolyser CN (D) → ~2.45 kgCO₂e/kg H₂ → tương đương hoặc thấp hơn một blue-H₂ tốt — cho thấy vị trí sản xuất electrolyser cũng quan trọng.

5) Nhận xét, hệ quả thực tế & khuyến nghị

1. Nơi sản xuất module PV ảnh hưởng rất lớn: nếu module được sản xuất bằng điện than (Trung Quốc hiện tại nhiều nhà máy) thì phần embodied của PV làm tăng footprint H₂ rất lớn. Vì vậy “green H₂” chỉ thật sự green nếu module PV được sản xuất với nguồn điện ít-carbon (hoặc tái chế/tối ưu chu trình). International Energy Agency+1

2. Nơi sản xuất electrolyser cũng tạo khác biệt đáng kể — nhưng tổng ảnh hưởng thường nhỏ hơn so với phần điện vận hành nếu điện vận hành không phải từ PV với embodied cao. Tuy nhiên trong trường hợp PV bị carbon-heavy, embodied electrolyser còn có thể đóng vai lớn. CSIRO+1

3. Chuỗi cung ứng và logistics (vận chuyển module, xuất xứ polysilicon, rò rỉ khí trong chuỗi) làm thay đổi lớn footprint — nên cần xác minh chuỗi cung ứng khi tính toán cho dự án thật. ScienceDirect

4. Kết luận chiến lược: để đạt green-H₂ thực chất, tốt nhất là (i) đặt nhà máy điện phân gần nguồn PV có cường độ carbon thấp (ví dụ PV làm từ nhà máy dùng renewables hoặc sản xuất module tại xưởng dùng điện sạch), hoặc (ii) yêu cầu EPD/EPD-type declaration cho module & electrolyser để dự báo footprint trước khi mua. IAEA

6) Tài liệu/nguồn tham khảo chính mà mình đã dùng (chỉ liệt kê những nguồn trọng yếu)

• IEA — Solar PV Global Supply Chains (exec summary): than chiếm phần lớn điện dùng cho sản xuất PV. International Energy Agency

• Nhiều nghiên cứu LCA & reviews cho thấy carbon footprint của module Trung Quốc rất biến đổi (vài trăm → vài nghìn kgCO₂/kWp), ví dụ review 2024–2025. MDPI+1

• S&P Global / reports on China electricity mix: than vẫn đóng ~56–60% (2023–2024 data). S&P Global+1

• Hydrogen Europe (2024) & IEAGHG / IEA technical reports: thông tin về electrolyser manufacturing capacity, threshold low-carbon (ví dụ 3.4 kgCO₂/kgH₂) và ghi chú về embodied emissions. Hydrogen Europe+1

• Nghiên cứu LCA/peer-reviewed về embodied emissions của electrolyser (báo cáo/giấy 2023–2025) — ví dụ số liệu stack AWE vs PEM. ResearchGate+1