Hydro là loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu tự nhiên, đã được dùng để phóng tàu vũ trụ. Đặc biệt, phân tử hydro không chứa nguyên tố hóa học nào như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên khi cháy chỉ có nước (H2O) thải ra, rất an toàn và không gây bất cứ sự cố môi trường nào cho con người. Hôm 21/12/2021, Viện Nghiên cứu Phát triển kinh tế tuần hoàn (ICED) và Trung tâm Phát triển Sáng tạo Xanh (GreenID) hợp tác tổ chức buổi tọa đàm “Hydro Sạch: xu hướng công nghệ và cơ hội đầu tư, ứng dụng tại Việt nam”.
Phân loại hydro tổng hợp
Năng lượng xanh lý tưởng
Từ năm 1960, đã có hệ thống cung cấp điện bằng pin nhiên liệu hydro cho tàu vũ trụ. Còn ô tô, tháng 4/2007, Mỹ có 200 chiếc ô tô và xe buýt chạy bằng hydro. Những ô tô dùng nhiên liệu hydro có thể chạy an toàn đến mọi nơi mà không cần xăng và hoàn toàn không xả khí độc.
Hydro còn được sử dụng để sản xuất điện thay nhiên liệu hóa thạch, bằng pin nhiên liệu (fuel cell). Pin này hoạt động theo nguyên lý: Dùng hydro kết hợp với oxy trong điều kiện nhất định sẽ thu được điện năng và nước.
Pin nhiên liệu cho điện có thể nói là vĩnh hằng: Cấp hydro và oxy liên tục sẽ thu được điện (và nước) liên tục, cường độ không đổi, kéo dài bao lâu cũng được. Nên pin nhiên liệu như một máy sản xuất điện, với nguyên liệu là hydro và oxy, chất thải là nước; Không có tiếng ồn, không khói xả, có thể sản xuất mọi nơi, công suất từ vài watt hàng trăm megawatt. Lúc này không còn độc quyền trong sản xuất và phân phối điện.
Dự án Dolphyn ở Anh sản xuất hydro từ điện gió ngoài khơi
Tiến bộ sản xuất hydro
Phần lớn hydro hiện nay là từ khí tự nhiên, dầu lửa, naphta và từ than. Những kỹ thuật này tiêu tốn rất nhiều năng lượng và phát thải CO2, với tỉ lệ 10kg CO2/1kg hydro nên gọi là hydro “xám”.
Còn sản xuất hydro bằng phương pháp nhiệt hóa hydrocarbon kết hợp với công nghệ thu gom và lưu trữ CO2 (Carbon Capture and Storage) gọi là hydro “lam”. Còn hydro “xanh” được sản xuất từ quá trình điện phân nước bằng năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường.
Hydro sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời còn gọi là hydro nhờ năng lượng mặt trời (solar hydrogen). Năng lượng mặt trời vô tận nên hydro nhờ năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu vô tận. Nhờ năng lượng mặt trời để thu hydro có hai cách: Điện phân nước (water electrolysis) thông qua các pin mặt trời (solar cell) và điện hóa phân rã nước (photoelectrochemical water splitting) nhờ ánh nắng với chất xúc tác quang. Kết quả hai cách đều từ nước thu được hydro và ô xy. Quá trình điện phân nước thu hydro ngược với quá trình pin nhiên liệu cho điện, một đằng dùng điện phân rã nước để thu hydro, một đằng cho hydro kết hợp ô xy để phát điện.
Các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia Canada đã sản xuất được hydro từ các chất thải hữu cơ và từ các chất thải nông nghiệp, không tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính và giá chấp nhận được.
Dự án GET H2 Nucleus tại Đức, sản xuất hydro “xanh” từ điện gió
Dự báo của Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), vào năm 2030, tổng sản lượng hydro đạt hơn 200 triệu tấn, 70% trong số này sản xuất từ các công nghệ carbon thấp như điện phân hoặc nhiên liệu hóa thạch; đến năm 2050 có thể đạt trên 500 triệu tấn. Nhằm cắt giảm tối đa lượng phát thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính, các nước trên thế giới đang nghiên cứu các công nghệ sản xuất hydro phát thải carbon thấp. Một trong những công nghệ sản xuất hydro carbon thấp được quan tâm nhất hiện nay là điện phân, khí hóa sinh khối và phân tách khí tự nhiên.
Lĩnh vực hydro “xanh” còn nhiều thách thức, nhất là giá thành cao, hy vọng sự hoàn thiện công nghệ sẽ sản xuất quy mô thương mại từ sau năm 2030. Dự báo của Bloomberg: Giá thành sản xuất hydro có thể giảm xuống 2$/kg vào năm 2030 và xuống mức 1$/kg vào năm 2050 bằng với giá khí tự nhiên hiện nay.
Dự án tích hợp hydro “xanh” vào nhà máy sản xuất phân đạm ở Tây Ban Nha
Những dự án đáng chú ý
Các chuyên gia ở Tập đoàn Dầu khí Việt Nam cho biết một số dự án đáng chú ý trên thế giới. Dự án Dolphyn ở Anh sản xuất hydro từ điện gió ngoài khơi và sử dụng đường ống dẫn khí truyền tải hydro về bờ. Nay đã hoàn thành giai đoạn 1, nghiên cứu khả thi và FEED. Đang triển khai giai đoạn 2, sản xuất thử công suất 10 MW. Dự kiến sản xuất thương mại từ năm 2030, công suất 4 GW.
Dự án GET H2 Nucleus tại Đức, sản xuất hydro “xanh” từ điện gió, phân phối bằng hệ thống đường ống dẫn khí tự nhiên được cải hoán để cung cấp cho các nhà máy lọc hóa dầu. Năm 2024 sản xuất hydro “xanh” 100 MW, năm 2026 nâng lên 300 MW. Năm 2030 hình thành hệ thống phân phối liên vùng và trung tâm kinh tế hydro của châu Âu.
Iberdrola và Fertiberia đã hợp tác triển khai dự án tích hợp hydro “xanh” vào nhà máy sản xuất phân đạm ở Tây Ban Nha để tổng hợp NH3 trong sản xuất phân đạm và thay thế khoảng 10% lượng khí tự nhiên đang được sử dụng tại nhà máy, vận hành năm 2021.
Ở Đài Loan, chuyên gia Hoang-Jyh Leu của Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Năng lượng Xanh thuộc Đại học Feng Chia cho biết, Nhà máy Hydrogen Xanh đầu tiên của Đài Loan xây dựng năm 2010 do Công ty Air Liquide. Đây là nhà máy điện phân hydrogen nằm ở Đài Nam. Hiện nay, Đài Loan chú trọng sản xuất hydro lên men, từ chất thải sinh khối thành Biohydrogen, đáng chú ý là một hệ thống mới thành lập năm nay tại miền Trung Đài Loan ở trang trại nuôi hàng nghìn con lợn.
Theo Hiệp hội Năng lượng Việt Nam, nước ta đã khởi động những dự án đầu tư hydro. Ngày 4/10/2021, Tập đoàn Năng lượng Enterprize Energy (Vương quốc Anh – Singapore) và các nhà đầu tư từ châu Âu đã đề xuất với Chính phủ Việt Nam lập Dự án đầu tư Thăng Long Wind 2 để sản xuất hydro từ điện phân nước biển phục vụ mục tiêu xuất khẩu cho Hàn Quốc, Nhật Bản và Singapore tại Khu vực ngoài khơi vùng biển Bình Thuận. Quy mô dự án khoảng 2.000 MW, tổng mức đầu tư khoảng 5 tỷ USD, thời gian triển khai dự kiến từ năm 2022- 2030. Các chuyên gia năng lượng cho rằng, đây là dự án mang tính đột phá, khai thác tối đa tiềm năng gió ngoài khơi và có thể đặt nền móng phát triển nền kinh tế hydro xanh cho Việt Nam trong tương lai gần.
Các dự án hydro “xanh” trên thế giới
Khai thác tiềm năng lớn của Việt Nam
Tiến sỹ Trần Thiện Khánh ở Viện Nghiên cứu Phát triển kinh tế tuần hoàn thuộc Đại học Quốc gia TPHCM cho biết, tiềm năng sản xuất hydro xanh của nước ta rất lớn. Chỉ tính với Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Liên hợp Lọc hóa dầu Nghi Sơn, Nhà máy Đạm phú Mỹ, Nhà máy Đạm Cà Mau: Tổng sản lượng hydro tối đa một năm tới 396.554 tấn. Ước tính trên cơ sở nhà máy hoạt động 330 ngày/năm. Điều kiện tự nhiên với tài nguyên gió và mặt trời ở nước ta là tuyệt vời.
Các chuyên gia ở Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) phân tích cơ hội của PVN trong phát triển năng lượng hydro. Thuận lợi của PVN là có thế mạnh trong tìm kiếm, thăm dò hydro tự nhiên để tham gia vào chuỗi cung ứng. Từ kinh nghiệm sản xuất hydro “xám” sẽ phát triển sản xuất hydro “lam” và “xanh”.
Tuy nhiên, các chuyên gia cũng chỉ ra những khó khăn và thách thức với PVN. Đó là, giá sản xuất hydro từ điện mặt trời và điện gió trên bờ của Việt Nam thuộc loại trung bình cao của thế giới (2,8-3,8 $/kg). Trong lúc, các khu vực như Trung Quốc, châu Phi, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Úc có giá điện mặt trời và gió trên bờ thấp nên giá sản xuất hydro dưới 2 $/kg. Nguồn nhân lực còn thiếu và chưa đáp ứng được yêu cầu dịch chuyển phát triển năng lượng hydro.
Hiện tại, theo các chuyên gia, PVN đang nghiên cứu xây dựng chiến lược hydro và lộ trình phát triển để có thể sản xuất hydro thương mại sau năm 2030. Về phía nhà nước, cần có các mục tiêu cắt giảm khí nhà kính tham vọng hơn để có chính sách hỗ trợ sản xuất hydro “xanh”, phát triển mạnh thị trường hydro trong nước.
SÁU NGHỆ
