Hydro có thể sẽ đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế không có lưới của Vương quốc Anh. Nó được miêu tả là một loại nhiên liệu sạch, dồi dào và có thể dự trữ được, có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch hiện đang được sử dụng trong giao thông, công nghiệp và gia đình chúng ta.
Có một trường hợp chắc chắn rằng hydro sẽ được sử dụng trong các lĩnh vực được coi là khó điện khí hóa, chẳng hạn như công nghiệp nặng. Ví dụ, ngành xi măng thải ra rất nhiều carbon và chiếm 7% lượng khí thải toàn cầu . Các lò nung chạy bằng điện để sản xuất xi măng chưa sẵn sàng về mặt công nghệ, trong khi hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu thay thế than và khí tự nhiên cần thiết để tạo ra nhiệt độ yêu cầu cao là 1450oC.
Ngôi nhà của chúng ta chịu trách nhiệm cho 14% lượng khí thải nhà kính của Vương quốc Anh . Đây chủ yếu là kết quả của việc đốt nhiên liệu hóa thạch để sưởi ấm trong nhà. Để đạt được mức 0 ròng, chúng ta sẽ cần giảm lượng khí thải này xuống mức gần như bằng không. Vậy hydro có thể giúp được không? Vâng, trên lý thuyết. Khi hydro bị đốt cháy, sản phẩm phụ chính là hơi nước, do đó khi sử dụng nó sạch hơn nhiều so với khí tự nhiên.
Những người ủng hộ sử dụng hydro để sưởi ấm lập luận rằng việc sử dụng hydro có thể giúp cắt giảm carbon khỏi nhà cửa dễ dàng hơn vì việc chuyển đổi ngôi nhà sang sử dụng nồi hơi hydro có thể ít gây rối hơn so với việc lắp đặt các giải pháp thay thế như máy bơm nhiệt. Tuy nhiên, sau khi xem xét nghiêm túc, chúng tôi cho rằng bằng chứng cho thấy rằng hydro khó có thể khả thi để sưởi ấm các ngôi nhà trên quy mô lớn.
Hydro xanh có thể sẽ khan hiếm
Vương quốc Anh đã sản xuất một khối lượng hydro đáng kể, nhưng phần lớn trong số đó được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch như khí đốt tự nhiên – cái gọi là hydro 'xám'. Trên toàn cầu, 99% sản lượng hiện là hydro xám và nó chịu trách nhiệm cho 2% tổng lượng khí thải carbon. Mặc dù nó có hàm lượng carbon thấp tại thời điểm sử dụng, nhưng các phương pháp sản xuất lượng carbon cao và tổn thất từ việc vận chuyển nó có nghĩa là hydro xám có lượng phát thải khí tự nhiên gấp đôi .
Tiềm năng của hydro để giúp khử cacbon trong nền kinh tế dựa trên việc mở rộng quy mô các phương pháp sản xuất tạo ra ít khí thải hơn: cái gọi là hydro 'xanh' và 'xanh'.
Hydro xanh được tạo ra bằng cách biến đổi khí tự nhiên bằng hơi nước để tạo ra hydro và carbon dioxide. Carbon dioxide sau đó phải được thu giữ và lưu trữ. Vấn đề với phương pháp này là công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon vẫn chưa được triển khai trên quy mô lớn và các nghiên cứu cho thấy lượng khí thải đáng kể vẫn sẽ được tạo ra .
Hydro xanh được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước với sản phẩm tạo ra chỉ là hydro và oxy. Quá trình này được coi là trung hòa carbon nếu điện đang sử dụng được sản xuất từ nguồn tái tạo như gió. Điều này làm cho hydro màu xanh lá cây được ưa chuộng hơn nhiều so với màu xanh lam nếu mục tiêu là cắt giảm lượng khí thải carbon.
Tuy nhiên, hiện tại không có sản xuất quy mô lớn hydro xanh hoặc xanh. Ủy ban Biến đổi Khí hậu ước tính rằng Vương quốc Anh có thể sản xuất 22-62 TWh hydro hàng năm vào năm 2030, nếu chính phủ Anh đạt được mục tiêu tăng năng lực sản xuất. Nhu cầu khí đốt của Vương quốc Anh để sưởi ấm trong nhà là 318 TWh vào năm 2021, do đó, ngay cả mức cao nhất trong ước tính của CCC cũng chỉ có thể sưởi ấm 20% số ngôi nhà, nếu tất cả hydro được sử dụng cho mục đích này. Tuy nhiên, như đã lưu ý ở trên, có nhiều lĩnh vực khác của nền kinh tế có thể cần đến hydro, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp nặng khử cacbon. Hơn nữa, chỉ một nửa lượng hydro được sản xuất vào năm 2030 có khả năng là “xanh”. Chúng tôi tin rằng điều này có nghĩa là việc sử dụng hydro để khử cacbon trong hệ thống sưởi trong nhà, khi các giải pháp thay thế đã tồn tại, không phải là cách sử dụng chiến lược đối với nguồn tài nguyên tương đối khan hiếm trong một thời gian.
Sưởi ấm nhà bằng hydro xanh sẽ kém hiệu quả hơn so với sử dụng máy bơm nhiệt
Lò hơi sử dụng hydro xanh sử dụng điện năng gấp sáu lần so với bơm nhiệt để tạo ra một đơn vị nhiệt.
Điều này chủ yếu là do một lượng lớn năng lượng bị thất thoát dưới dạng nhiệt thải khi hydro xanh được sản xuất và phân phối. Người ta ước tính rằng 100 kWh điện tái tạo sẽ cung cấp 46 kWh sưởi ấm không gian và nước nóng sinh hoạt bằng nồi hơi chạy bằng hydro xanh.
Ngược lại, máy bơm nhiệt có thể tạo ra ba đơn vị nhiệt – hoặc nhiều hơn – cho mỗi đơn vị điện mà nó sử dụng. Vì vậy, với cùng 100 kWh điện tái tạo, giả sử 10% năng lượng bị mất trong quá trình truyền tải, một máy bơm nhiệt có thể tạo ra 270 kWh nhiệt – gấp gần sáu lần.
Để có đủ hydro xanh để triển khai rộng rãi sẽ đòi hỏi phải tăng cường sản xuất điện tái tạo hoặc phụ thuộc vào nhập khẩu xanh. Chúng ta sẽ cần lượng điện tái tạo gấp 5 đến 6 lần để sưởi ấm các ngôi nhà bằng hydro xanh so với việc chúng ta sưởi ấm chúng bằng máy bơm nhiệt.
Hiện tại, có vẻ khó tin rằng Vương quốc Anh có thể đáp ứng tất cả nhu cầu hydro của mình bằng cách sử dụng sản xuất không hóa thạch vào năm 2035. Việc sử dụng tài nguyên một cách chiến lược sẽ là tối đa hóa giá trị của hydro carbon thấp hiện có bằng cách tập trung sử dụng nó vào những khu vực không thể khai thác được. điện khí hóa thay vì sử dụng nó để sưởi ấm các tòa nhà.
Sưởi ấm bằng hydro so với sưởi ấm bằng bơm nhiệt. Nguồn gốc: Liên minh khoa học hydro
Hydro có thể khiến người tiêu dùng tốn nhiều tiền hơn
Dù xanh dương hay xanh lục, việc sử dụng hydro để sưởi ấm không gian trong nhà đều là một lựa chọn có chi phí cao đối với người tiêu dùng. Chi phí vốn của nồi hơi hydro có thể ở mức tương tự như nồi hơi sử dụng nhiên liệu hóa thạch, nhưng hiệu suất sử dụng hydro thấp hơn trong chuỗi cung ứng có nghĩa là chi phí vận hành sẽ đắt hơn so với các giải pháp thay thế như bơm nhiệt. Phân tích đã chỉ ra rằng hóa đơn tiện ích cho người tiêu dùng có thể tăng ít nhất 70%, với khả năng cao là chúng có thể tăng gấp đôi. Hydro xanh sẽ vẫn là một lựa chọn đắt tiền do nó phụ thuộc vào khí tự nhiên (phần lớn sẽ phải nhập khẩu) và chi phí cao để thu giữ, sử dụng và/hoặc lưu trữ carbon dioxide thải ra khi sản xuất hydro. Hydro xanh được cho là có giá cao gấp từ hai đến bốn lần so với giá trước khủng hoảng khí đốt do nhu cầu cao về điện lưới hoặc các trang trại gió ngoài khơi chuyên dụng.
Hydro có thể không dễ sử dụng như đôi khi được miêu tả
Những người ủng hộ hydro để sưởi ấm trong nước thường lập luận rằng hydro sẽ dễ dàng được sử dụng vì nó có thể tận dụng phần lớn cơ sở hạ tầng khí đốt, lưới điện và các thiết bị gia dụng hiện có của chúng ta. Tuy nhiên, điều này chưa được chứng minh ở quy mô lớn. Cơ sở hạ tầng hiện tại chỉ có thể được sử dụng để pha trộn tối đa 20% hydro với khí tự nhiên, vì vậy tất cả các thiết bị ban đầu sử dụng khí tự nhiên, chẳng hạn như thiết bị để nấu ăn, đường ống và thậm chí cả đồng hồ đo khí, sẽ phải được thay thế hoặc sửa đổi. Việc chuẩn bị cho 'thử nghiệm tại làng', dự kiến sẽ chuyển đổi hàng nghìn ngôi nhà từ khí đốt tự nhiên sang hydro, đang đặt ra những cân nhắc bổ sung như nhu cầu bổ sung hệ thống thông gió cho tất cả các phòng. Chi phí nâng cấp mạng lưới khí đốt và các cơ sở lưu trữ là không chắc chắn nhưng có thể sẽ rất đáng kể.
Đốt hydro để sưởi ấm trong nhà gây ra rủi ro cho sức khỏe và môi trường
Mặc dù đốt hydro không tạo ra khí thải carbon nhưng nó tạo ra oxit nitơ. Đây là những chất gây ô nhiễm có thể gây ra các bệnh về đường hô hấp. Ngoài ra còn có một số bằng chứng cho thấy hydro đóng vai trò như một loại khí nhà kính gián tiếp. Hydro có thể làm cạn kiệt các hóa chất thường làm giảm thời gian tồn tại của khí mêtan trong khí quyển, làm tăng khả năng nóng lên toàn cầu của khí mêtan. Điều này đòi hỏi phải chú ý nhiều hơn đến tác động của rò rỉ, vì chúng có thể bù đắp một số lợi ích của hydro như một loại nhiên liệu cho quá trình khử cacbon.
Sự không chắc chắn về vai trò của hydro đang cản trở quá trình khử cacbon trong nhà
Chính phủ Vương quốc Anh đã cam kết đưa ra quyết định về vai trò của hydro đối với hệ thống sưởi ấm tại nhà vào năm 2026. Lý do căn bản cho việc này là để có thời gian tìm hiểu xem liệu hydro có khả thi hay không, chẳng hạn như thông qua các thử nghiệm tại làng đã đề cập ở trên.
Theo quan điểm của chúng tôi, đã có đủ bằng chứng cho thấy hydro khó có thể là lựa chọn tốt nhất để khử cacbon trong nhà. Nhìn chung, chúng tôi cho rằng một quyết định sớm hơn, cho phép các công nghệ khác hành động nhanh hơn, sẽ tốt hơn là chờ đợi.
Chúng tôi cũng cho rằng các biện pháp như đề xuất yêu cầu các nhà sản xuất chỉ bán nồi hơi 'có sẵn hydro' vào năm 2026 là không cần thiết và có khả năng gây bất lợi cho nỗ lực khử cacbon. Ngay cả khi chính phủ quyết định sử dụng hydro để sưởi ấm trong nhà thì rất khó có khả năng hydro sẽ được cung cấp thương mại cho các hộ gia đình trước năm 2035. Với tuổi thọ trung bình của nồi hơi ở Anh là 15 năm, hầu hết các nồi hơi sử dụng hydro được lắp đặt vào năm 2026 sẽ không bao giờ sử dụng hydro. Việc đưa ra quy định trước khi đưa ra quyết định về sử dụng hydro để sưởi ấm sẽ gửi tín hiệu lẫn lộn đến người tiêu dùng và người lắp đặt, đồng thời có thể khiến một số người trì hoãn thực hiện các hành động hữu ích hơn trong việc cắt giảm khí thải - chẳng hạn như lắp đặt máy bơm nhiệt hoặc đào tạo lại để làm như vậy.
