Hydro xanh (sử dụng năng lượng tái tạo để sản xuất hydro từ nước) đang tăng mạnh trên toàn cầu. Những người ủng hộ cho rằng loại nhiên liệu này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ cacbon khỏi các lĩnh vực khó điện khí hóa như vận tải đường dài, hàng không và công nghiệp nặng.
Ả Rập Xê Út đang xây dựng một thành phố tương lai mang tên Neom trên sa mạc Hồng Hải. Thành phố 500 tỷ đô la này sẽ là nơi sinh sống cho một triệu người. Và sản phẩm năng lượng nào sẽ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thành phố này và bán ra thế giới? Không phải dầu mỏ. Người Ả Rập Xê Út đang dồn sức cho một thứ gọi là hydro xanh – một loại nhiên liệu không chứa carbon được tạo ra từ nước bằng cách sử dụng điện được sản xuất theo cách tái tạo để tách các phân tử hydro khỏi các phân tử oxy.
Mùa hè năm nay, một đại gia khí đốt Air Products & Chemicals của Mỹ thông báo rằng đã xây dựng một nhà máy hydro xanh ở Ả Rập Xê Út trong bốn năm qua như là một phần của Neom. Nhà máy được cung cấp 4GW năng lượng từ các dự án phong năng và thái dương năng trải dài trên sa mạc. Đây là dự án hydro xanh lớn nhất thế giới – và nhiều nhà máy của Ả Rập Xê Út đang được lên kế hoạch.
Hydro xanh? Người Ả Rập Xê Út không đơn độc khi tin rằng đó là loại năng lượng quan trọng trong tương lai. Trong khi nhiên liệu này hầu như không mấy được chú ý ở Hoa Kỳ thì trên khắp thế giới đang diễn ra một cơn sốt hydro xanh và nhiều công ty, nhà đầu tư, chính phủ và cả giới môi trường tin rằng nó là nguồn năng lượng sẽ chấm dứt sự thống trị của nhiên liệu hóa thạch và làm chậm quỹ đạo nóng lên của thế giới.
Nhà phân tích năng lượng Rachel Fakhry thuộc Hội đồng Quốc phòng Tài nguyên thiên nhiên cho biết: “Hydro xanh rất hứa hẹn”. Các chuyên gia thừa nhận năng lượng gió và mặt trời có thể cung cấp điện năng cho các ngôi nhà và ô tô điện, hydro xanh có thể là nguồn năng lượng lý tưởng cho các ngành công nghiệp thâm dụng năng lượng như sản xuất bê tông và thép cũng như các bộ phận khó điện khí hóa hơn của ngành giao thông vận tải. Fakhry chỉ rõ: “15% cuối cùng của nền kinh tế khó có thể làm sạch – hàng không, vận tải biển, sản xuất, vận tải đường dài. Hydro xanh có thể làm được điều đó”.
Châu Âu với kinh tế chật vật vì giá năng lượng cao và phụ thuộc vào khí đốt tự nhiên của Nga đang vồ vập hydro xanh bằng cách tài trợ cho việc xây dựng các nhà máy điện phân và các cơ sở hạ tầng hydro khác. Đức phân bổ phần lớn nhất trong quỹ kích thích năng lượng sạch cho hydro xanh. “Đó là phần còn thiếu của câu đố đối với một nền kinh tế hoàn toàn loại từ cacbon”, Ủy ban châu Âu nêu rõ trong một tài liệu chiến lược vào tháng 7/2020.
Người ta nói nhiều về tiềm năng của hydro như một nguồn nhiên liệu trong nhiều thập kỷ nhưng công nghệ này chưa bao giờ phát triển trên quy mô lớn vì nhiều lý do. Việc áp dụng rộng rãi công nghệ hydro xanh gặp trở ngại là cần năng lượng tái tạo nên đòi hỏi việc phát năng lượng tái tạo phải mở rộng để cung cấp năng lượng cho các nhà máy điện phân tách nước thành hydro và oxy. Hydro xanh cũng khó lưu trữ và vận chuyển nếu không có đường ống. Và hiện nay ở một số nơi, chẳng hạn như Hoa Kỳ, hydro đắt hơn rất nhiều so với những nhiên liệu khác như khí tự nhiên.
Nhà phân tích thuộc Bloomberg New Energy Finance Michael Liebreich và là một người hoài nghi hydro xanh cho biết mặc dù có những ưu điểm thì “loại nhiên liệu này cũng có những nhược không nhỏ”.
“Hydro xanh không xảy ra trong tự nhiên nên cần năng lượng để phân tách. Để lưu trữ thì cũng phải nén ở mức 700 lần áp suất khí quyển, làm lạnh đến 253 độ C… Hydro xanh chứa 1/4 năng lượng trên một đơn vị thể tích khí tự nhiên… Nó có thể làm chảy kim loại; thoát ra qua những chỗ rò rỉ nhỏ nhất và rất dễ phát nổ”.
Nhà phân tích năng lượng Ben Gallagher thuộc Wood McKenzie và nghiên cứu về hydro xanh cho biết loại nhiên liệu này rất mới nên tương lai vẫn chưa rõ ràng. “Không ai có bất kỳ ý tưởng thực sự về những gì đang xảy ra ở đây. Chỉ là suy đoán vào thời điểm này. Hiện tại, rất khó để coi đây là một loại dầu mới. Tuy nhiên, nó có thể tạo nên một phần quan trọng trong tổng hòa nhiên liệu”.
Hydro là hóa chất phong phú nhất trong vũ trụ. Hai nguyên tử hydro kết hợp với một nguyên tử oxy tạo ra nước. Tuy nhiên, một mình hydro là một chất khí không mùi, không vị và rất dễ cháy. Hydro có nguồn gốc từ mêtan – thường là từ khí tự nhiên, ngoài ra còn từ than đá và sinh khối. Nhưng CO2 được thải ra trong quá trình sản xuất hydro từ mêtan nên không thân thiện với khí hậu; hydro được sản xuất theo cách này được gọi là hydro xám.
Hydro xanh là tân binh trong khối hydro và không gây ra CO2 vì được sản xuất bằng năng lượng tái tạo. Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng tái tạo để tạo ra nhiên liệu có thể giải quyết vấn đề về tính liên tục vẫn cản bước năng lượng gió và mặt trời, về cơ bản nó là phương thức lưu trữ hiệu quả. Khi nhu cầu về năng lượng tái tạo thấp, trong mùa xuân và mùa thu, lượng điện dư thừa có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình điện phân cần thiết để phân tách các phân tử hydro và oxy. Sau đó, hydro có thể được lưu trữ hoặc đưa xuống đường ống.
Những lợi thế như vậy đang thúc đẩy toàn cầu ngày càng quan tâm tới hydro xanh. Khắp châu Âu, Trung Đông và châu Á, nhiều quốc gia và công ty đang ưu ái loại nhiên liệu chất lượng cao này. Mỹ tụt lại phía sau vì các dạng năng lượng khác (chẳng hạn như khí đốt tự nhiên) rẻ hơn nhiều nhưng một số dự án mới đang được tiến hành, bao gồm một nhà máy điện hydro xanh ở Utah sẽ sản xuất điện cho Nam California và thay thế hai nhà máy nhiệt điện than đã cũ.
Tại Nhật Bản, một nhà máy hydro xanh mới, một trong những nhà máy lớn nhất thế giới vừa khai trương gần Fukushima – gần với địa điểm xảy ra thảm họa hạt nhân năm 2011. Nhà máy này sẽ cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu sử dụng cho xe cộ và tại các địa điểm cố định. Một tập đoàn năng lượng ở Australia vừa công bố kế hoạch xây dựng dự án mang tên Asian Renewable Energy Hub ở Pilbara với 1743 tuabin gió lớn và 30 dặm vuông pin mặt trời để chạy một nhà máy điện phân 26 GW sản xuất hydro xanh bán sang Singapore.
Khi tăng cường thúc đẩy quá trình loại bỏ cacbon, châu Âu đang đặt cược lớn vào nhiên liệu. Liên minh châu Âu vừa soạn thảo một chiến lược cho việc mở rộng hydro xanh quy mô lớn mặc dù vẫn chưa được chính thức áp dụng. Nhưng trong kế hoạch năng lượng sạch trị giá 550 tỷ đô la, có tính tới nguồn vốn cho các máy điện phân hydro xanh mới cùng công nghệ vận chuyển và lưu trữ. “Việc triển khai hydro sạch trên quy mô lớn với tốc độ nhanh là chìa khóa để EU đạt được tham vọng cao về khí hậu”, Ủy ban châu Âu viết.
Trung Đông – nơi có năng lượng gió và năng lượng mặt trời rẻ nhất thế giới – đang muốn trở thành tay chơi lớn về hydro xanh. Thomas Koch Blank, người đứng đầu Chương trình Công nghệ đột phá của Viện Rocky Mountain cho biết: “Ả Rập Xê Út có nguồn năng lượng tái tạo với chi phí thấp đến kỳ lạ. Mặt trời chiếu sáng suốt ngày còn gió thổi ổn định mỗi đêm. Thật khó để thất bại”.
BloombergNEF ước tính rằng để tạo ra đủ lượng hydro xanh đáp ứng 1/4 nhu cầu năng lượng thế giới sẽ cần nhiều điện hơn lượng điện mà giới tạo ra hiện nay từ tất cả các nguồn cũng như đầu tư 11 nghìn tỷ đô la vào sản xuất và lưu trữ. Đó là lý do tại sao trọng tâm lúc này là 15% nền kinh tế có nhu cầu năng lượng nhưng năng lượng gió và mặt trời không dễ dàng cung cấp được, chẳng hạn như công nghiệp nặng, vận tải đường dài và nhiên liệu cho tàu chở hàng và máy bay.
Mật độ năng lượng của hydro xanh gấp 3 lần nhiên liệu máy bay khiến nó trở thành một công nghệ không phát thải đầy hứa hẹn cho hàng không. Tuy nhiên, sản xuất máy bay Airbus mới đây ra tuyên bố cần khắc phục những vấn đề lớn như lưu trữ hydro an toàn trên máy bay, thiếu cơ sở hạ tầng hydro tại các sân bay và chi phí. Theo giới chuyên gia, cần tới công nghệ mới để giải quyết những vấn đề này. Tuy nhiên, Airbus tin rằng hydro xanh sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ carbon trong vận tải hàng không.
Tại Hoa Kỳ, hydro xanh có giá gấp 3 lần khí tự nhiên, mặc dù giá này chưa tính tới tác hại môi trường do nhiên liệu hóa thạch gây ra. Tuy nhiên, giá hydro xanh đang giảm. Trong 10 năm nữa, hydro xanh được kỳ vọng sẽ có giá tương đương với khí tự nhiên.
Động lực chính cho sự phát triển hydro xanh ở Hoa Kỳ là nỗ lực tích cực của California hướng tới một tương lai không có carbon. Ví dụ, Sở Điện nước Los Angeles đang hỗ trợ tài trợ xây dựng nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hydro xanh ở Utah và sẽ phát điện vào năm 2025.
Một công ty có tên SGH2 gần đây tuyên bố sẽ xây dựng một cơ sở lớn sản xuất hydro xanh ở Nam California. Tuy nhiên, thay vì sử dụng điện phân, công ty này sẽ khí hóa rác thải (làm nóng nhiều loại rác thải đến nhiệt độ cao để chúng giảm thành các hợp chất phân tử). Các phân tử đó sau đó liên kết với hydro, và SGH2 tuyên bố có thể tạo ra hydro xanh rẻ hơn so với sử dụng điện phân.
Giới chức California cũng coi hydro xanh là giải pháp thay thế nhiên liệu hóa thạch cho các phương tiện chạy bằng dầu diesel. Tiểu bang thông qua Tiêu chuẩn nhiên liệu carbon thấp tqf năm 2009 để cổ xúy xe điện và xe chạy bằng hydro. Mới đây, một nhóm lãnh đạo ngành công nghiệp năng lượng và xe hạng nặng đã thành lập Liên minh Hydrogen các bang miền Tây để thúc đẩy việc triển khai cơ sở hạ tầng và công nghệ pin nhiên liệu hydro để thay thế xe tải, xe buýt, đầu máy xe lửa và máy bay chạy bằng động cơ diesel.
Roxana Bekemohammadi, Giám đốc điều hành Western States Hydrogen Alliance thẳng thắn: “Pin nhiên liệu hydro sẽ cung cấp năng lượng cho tương lai của phương thức di chuyển không phát thải trong các lĩnh vực công nghiệp nặng và khó điện khí. Thực tế đó là không thể chối cãi. Liên minh mới hỗ trợ chính phủ và ngành công nghiệp có thể làm việc hiệu quả cùng nhau để đẩy nhanh cuộc cách mạng này”.
Đầu năm nay, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ công bố khoản đầu tư 100 triệu đô la vào phát triển các máy điện phân cỡ lớn, giá cả phải chăng và tạo ra công nghệ ắc quy nhiên liệu mới cho xe tải đường dài.
Tại Úc, Đại học New South Wales hợp tác với công ty kỹ thuật toàn cầu GHD tạo ra một hệ thống tại nhà có tên LAVO sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra và lưu trữ hydro xanh cho gia đình. Hydro được chuyển đổi trở lại thành điện khi cần thiết.
Thomas Koch Blank cho rằng tất cả những tiến triển này là “thực sự là tin tốt. Hydro xanh có tiềm năng cao để giải quyết nhiều vấn đề biến đổi khí hậu vốn khiến con người mất ngủ”.
Thế Anh (Theo Yale Environment 360)
