Vai trò thực tế của hydrogen sạch trong chuyển đổi năng lượng tương lai

Vai trò thực tế của hydrogen sạch trong chuyển đổi năng lượng tương lai

Johnson, N., Liebreich, M., Kammen, D.M., Ekins, P., McKenna, R., Staffell, I. – Nature Reviews Clean Technology (2025)

Giới thiệu

Hydrogen từ lâu đã được xem như “viên đạn bạc” trong giảm phát thải – một năng lượng linh hoạt có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch ở nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, năm thập kỷ “hào hứng” với hydrogen vẫn chưa dẫn đến triển khai quy mô rộng rãi. Các tác giả nghiên cứu xem hydrogen sạch (tức hydrogen được sản xuất với lượng phát thải vòng đời thấp) có thể tạo ra tác động giảm phát thải lớn nhất ở đâu, những rào cản hiện tại là gì, và cách triển khai hiệu quả.

Tại sao cần xem xét lại vai trò của hydrogen

• Các đặc tính vật lý và hóa học của hydrogen gây nhiều thách thức kỹ thuật và chi phí: mật độ năng lượng thấp, dễ rò rỉ, làm giòn kim loại, phức tạp trong lưu trữ và vận chuyển.

• Sản xuất hydrogen sạch vẫn khá đắt, đặc biệt khi tính đến vận chuyển, lưu trữ và phân phối; chi phí giảm nhanh như năng lượng mặt trời hay pin lithium‑ion khó đạt được cho hydrogen.

• Quan trọng, hydrogen thường cạnh tranh với điện hoá trực tiếp (sử dụng điện tái tạo trực tiếp), vốn ở nhiều ứng dụng hiệu quả hơn và rẻ hơn. Vì vậy, trước khi dùng hydrogen, cần hỏi: lĩnh vực đó có thể điện hoá trực tiếp không? Nếu được, điện hoá trực tiếp thường là lựa chọn tốt hơn.

Các phát hiện chính: Ứng dụng hydrogen nào có ý nghĩa?

1. Ứng dụng ít hiệu quả hoặc kém giá trị

   • Sưởi ấm dân dụng (hydrogen pha vào mạng khí gas hoặc lò đốt hydrogen) và xe ô tô chạy pin nhiên liệu là những ứng dụng ít hứa hẹn. Nguyên nhân: điện hoá trực tiếp (máy bơm nhiệt, xe điện) hiệu quả hơn, chi phí thấp hơn.

   • Nếu không có lợi thế rõ ràng, triển khai hydrogen trong các lĩnh vực này sẽ tốn kém và giảm phát thải khiêm tốn.

2. Ứng dụng giá trị cao / chiến lược

   • Các lĩnh vực hydrogen thực sự phát huy lợi thế hoặc thiếu giải pháp thay thế:

     • Công nghiệp nặng cần nhiệt độ cao (thép, xi măng), hydrogen thay thế nhiên liệu hóa thạch.

     • Vận tải đường dài (hàng không, vận tải biển), nơi pin gặp giới hạn về mật độ năng lượng và hạ tầng sạc.

     • Lưu trữ năng lượng dài hạn và theo mùa: hydrogen hấp thụ dư thừa điện tái tạo, lưu trữ và chuyển đổi lại khi cần.

   • Đây là những ứng dụng mà hydrogen có khả năng giảm phát thải đáng kể trên mỗi đơn vị đầu tư.

3. Phương pháp sản xuất rất quan trọng

   • Khái niệm “hydrogen sạch” che giấu nhiều mức phát thải khác nhau. Ví dụ, điện phân sử dụng điện lưới với tỷ trọng nhiên liệu hóa thạch có thể phát thải nhiều hơn điện hoá trực tiếp. Hydrogen từ methane có CCS vẫn có thể phát thải đáng kể.

   • Do đó, triển khai hydrogen cần minh bạch chuỗi cung ứng, đánh giá vòng đời và đảm bảo “tính bổ sung” của năng lượng tái tạo (điện phân dùng năng lượng tái tạo mới, không chỉ dùng nguồn điện hiện có).

Tiềm năng giảm phát thải & cân nhắc chi phí

• Chi phí giảm carbon hiện tại cho nhiều ứng dụng hydrogen vào khoảng 500–1.250 USD/tCO₂, và có thể giảm còn 200–500 USD/tCO₂ trong các ứng dụng cạnh tranh nhất vào 2050 – vẫn tương đương một số phương án giảm phát thải đắt đỏ khác (ví dụ: thu khí CO₂ trực tiếp từ không khí).

• Với nguồn hydrogen sạch hạn chế (từ điện tái tạo, điện phân, hạ tầng), vấn đề trở thành phân bổ hydrogen ở đâu để tối đa hóa tác động, thay vì dùng rộng khắp.

Hướng chiến lược cho chính sách và đầu tư

• Ưu tiên: Chính phủ và nhà đầu tư nên tập trung vào ứng dụng hydrogen có lợi thế rõ ràng, thay vì trải rộng nguồn lực.

• Tránh “khóa” hạ tầng: Dùng hydrogen quá sớm ở các lĩnh vực nên điện hoá trực tiếp có thể dẫn đến hạ tầng tốn kém, làm chậm giảm phát thải.

• Giảm phát thải sản xuất: Hydrogen thực sự thấp phát thải cần quy tắc nghiêm ngặt về chuỗi cung ứng (đánh giá vòng đời, kiểm soát rò rỉ, triển khai năng lượng tái tạo mới).

• Hạ tầng và quy mô: Cần quy mô lớn để giảm chi phí (điện phân, đường ống, lưu trữ). Phối hợp giữa các lĩnh vực là quan trọng.

• Bổ sung cho điện hoá trực tiếp: Hydrogen không phải là thay thế điện hoá trực tiếp ở mọi nơi. Chính sách vẫn cần thúc đẩy điện tái tạo, hiệu quả năng lượng, và ứng dụng trực tiếp.

Áp dụng cho Việt Nam / ASEAN

• Ở Việt Nam, với điện tái tạo mở rộng nhanh, điện hoá trực tiếp (công nghiệp, xe điện, bơm nhiệt) có thể giảm phát thải hiệu quả hơn hydrogen trong ngắn hạn.

• Hydrogen hợp lý ở Việt Nam có thể là:

  • Sản xuất thép từ hydrogen (thay cho than cốc).

  • Ammonia/methanol xuất khẩu.

  • Vận tải đường dài, hàng hải.

  • Lưu trữ năng lượng mùa cho điện mặt trời/ gió.

• Khi triển khai, cần đảm bảo nguồn hydrogen thực sự thấp carbon và hạ tầng an toàn, tránh rò rỉ, hao phí năng lượng hoặc khóa fossil lock-in.

Kết luận

Thông điệp chính: Hydrogen sạch sẽ quan trọng — nhưng không phải ở mọi nơi, và không phải tất cả ứng dụng đều như nhau. Triển khai cần chiến lược: ưu tiên các lĩnh vực hydrogen vượt trội so với điện hoá trực tiếp hoặc thiếu giải pháp thay thế. Phương pháp sản xuất và lượng phát thải vòng đời quyết định lớn. Nếu không chiến lược, hydrogen có thể tiêu tốn năng lượng tái tạo và hạ tầng hạn chế mà không giảm phát thải tương xứng.