Hydro xanh – Vai trò quan trọng đối với năng lượng sạch trong tương lai
Nguyễn Linh
HYDRO XANH
Hydro xanh, theoCơquanNănglượngQuốctếsẽcungcấpnhữnggìmàpin khôngthểcungcấpmộtcáchlinhhoạt để khử carbon trên tàu thủy, xe lửa và máy bay lớn; thay thế việc sử dụng khí tự nhiên để sưởi ấm và thay thế nhiên liệu hóa thạch được sử dụng trong ngành công nghiệp nặng.Rấtnhiềucuộcthảoluậnnóivềnănglượng hydro xanhvà pin nhiên liệu như một lựa chọn khả thi để đưa hànhtinhcủachúng ta giảmphátthảinhanhhơnmàkhôngchỉdựavàonănglượngmặttrờivàgió.
Vậynănglượng hydro chínhxáclàgì?Hydro đượccoilànhiên liệu thay thế theo Đạo luật Chính sách Năng lượng năm 1992. Theo Bộ năng lượng Hoa Kỳ, “Sự quan tâm đến hydro như một loại nhiên liệu vận chuyển thay thế bắt nguồn từ khả năng cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu không phát thải, tiềm năng của nó đối với sản xuất, thời gian làm đầynhanhvàhiệusuấtcaocủa pin nhiênliệu".Với rất nhiều quốc gia và tiểu bang đang hướng tới mục tiêu sử dụng 100% năng lượng tái tạo trong những thập kỷtới, mộtvấnđềlặpđilặplạilàcâuhỏivềnănglượngnàongoàinănglượngmặttrờivàgió. Năng lượng hydro và pin nhiên liệu có thể hàn gắn khoảng cách này và đưa hành tinh của chúng ta về mức không phát thải nhanh hơn.
Thựctếnềnkinhtế hydro từngđượccoilàmộtđiềuviểnvôngvàtươnglaiđóchưabaogiờthànhhiệnthực do nhượcđiểmcủa hydro làrấtkhóvậnchuyển, nó có thể làm cho kim loại trở nên giòn và dễ nổ hơn xăng 20 lần. Chi phí vận chuyển và lưu trữ hydro đã ngăn cản nền kinh tế hydro bùng nổ cho đến nay.Nhưngtrongnăm qua, hydro đã tái xuất hiện như một trong những câu trả lời hứa hẹn nhất.Gần đây, "hydro xanh" - hydro được tạo ra không sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã được xác định là nguồn năng lượng sạch có thể giúp đưathếgiớiđếnmứckhôngphátthảiròng, làkếhoạchgiảiquyếtvấnđềbiếnđổikhíhậutrêntoàncầu.
Liên minh Châu Âu có kế hoạch mở rộng quy mô các dự án hydro tái tạo và đầu tư số tiền tích lũy 470 tỷ euro (740 tỷ USD) vào năm 2050.Các cụm công nghiệp sử dụng hydro xanh có thể thúc đẩy quá trình chuyển đổinănglượngsạch ở ChâuÂu.NgoàikhơibờbiểnHàLan, nơimộttrongnhữngdựán hydro xanhlớnnhấtChâuÂuđangđượctiếnhành. Dựán NortH2 dựđịnhsảnxuấttới 4 triệu kW điệngióngoàikhơivàonăm 2030. Nănglượngnàysauđósẽcungcấpnănglượngđiệnphânnướcbiểnthành hydro, với hydro sẽđượccungcấpchocácngànhcôngnghiệptrênkhắpHàLanvàTâyÂu. Việcsửdụngnódựkiến sẽlàmgiảmlượngkhíthải carbon hàngnămtừ 8 triệutấnxuốngcòn 10 triệutấnvàonăm 2040.
Dựán NortH2 đượckhởiđộngbởimộttậpđoàn do côngtydầukhí Royal Dutch Shell củaAnh-HàLanđứngđầu. Liên minh ChâuÂucókếhoạchtăngcôngsuấttrangtrạiđiệngióngoàikhơilêngấphailầnvàonăm 2050 vàrót 470 tỷ euro (577,5 tỷ USD) vàochiếnlược hydro củamình.FransTimmermans, PhóChủtịchđiềuhànhcủaỦy ban ChâuÂuvềThỏathuậnXanhChâuÂuchobiết: “Đểthúcđẩysựpháttriểncủanó, hydro táitạosẽnhậnđượcsựhỗtrợcaocấp”.
Việcsửdụngrộngrãi hydro phụthuộcvào chi phísảnxuấtgiảmxuống.Ở châuÂu, sảnxuất 1 kg hydro xanhcógiákhoảng 6 đô la.Hộiđồng Hydrogen, mộtsángkiến toàncầu do Royal Dutch Shell vàcáccôngtynănglượngkhácdẫnđầu, ướctínhrằng 15% nhucầunănglượngtrêntoàncầusẽđượcđápứngnếu chi phísảnxuất hydro giảmxuốngcòn 1,80 USD / kg vàonăm 2030.Hydro đượcsảnxuấtbằng các nguồn tài nguyên tái tạo sẽ trở nên rẻ hơn so với nhiên liệu hóa thạch vào năm 2030 trong một loạt các ứng dụng.Hydro xanhsẽđượcsửdụngđểthaythế nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực khó khai thác.Cóvẻnhưsaunhiềunămnghiêncứu, phát triển và vận động, nền kinh tế hydro đang hình thành.
Cáccụmcôngnghiệpsửdụng hydro xanhcóthểthúcđẩyquátrìnhchuyểnđổinănglượngsạch ở ChâuÂu
CÔNG NGHỆ THÚC ĐẨY CUỘC CÁCH MẠNG HYDRO XANH
Hydro xanh được sản xuất bằng năng lượng tái tạo, hiện chỉ chiếm 0,1% sản lượng hydro toàn cầu. Nhưng đó là một sự đặt cược mạnh mẽ để giải quyết vấn đề liên tục củanănglượngtáitạovàkhửcacbontrongngànhcôngnghiệpnặng.Mởrộngquymô hydro xanh hiện đang có những thách thức nhưng công nghệ kỹ thuật số hiện đại có thể cung cấp một số câu trả lời. Tiềm năng của hydro xanh trong việc kết nối giữa năng lượng mặt trời và gió trong khi đốt cháy như khí đốt tự nhiên và làm nguyên liệu cho các quá trình hóa chất công nghiệp đã thu hút sự quan tâm của các doanh nghiệp, Chính phủ và các nhà đầu tư.
Hydro xanh được sản xuất thông qua quá trình điện phân, một quá trình tách nước thành hydro và oxy, sử dụng điện năng được tạo ra từ các nguồn tái tạo. Ngày nay, nó chỉ chiếm 0,1% sản lượng hydro toàn cầu. Tuy nhiên, chi phí giảm của cả điện tái tạo (chiếm ~ 70% chi phí sản xuất hydro) và công nghệ điện phân cho thấy hydro xanh có thể là khoảnđầutưtốtnhấttiếptheotrongthếgiớinănglượngsạch.Đốivớinhiềungười, bao gồm cả các công ty khai thác dầu khí, các công ty tiệníchlớn, cácngànhcôngnghiệptừthépđếnphânbón, v.v, hydro xanhđượccoilàsự đặt cược tốt nhất để hài hòa giữa khả năng tái tạo trong khi khử cacbon trong các lĩnh vực công nghiệp, hóa chất và giao thông vận tải.
Mặc dù hydro xanh đang đạt được sức hút trong các ngành công nghiệp, nhưng nó vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức:
Mộtlà, đểđáp ứng nhu cầu thị trường, các tổ chức sẽ cần mở rộng quy mô và cải tiến thiết kế nhà máy hydro xanh của họ.Tuy nhiên, dựa trên dữ liệu thị trường hạn chế và mức độ trưởng thành thấp trong không gian, việc tối ưu hóa thiết kế nhà máy và hệ thống hydro xanh đầu cuối có thể tốn kém và vô cùng phức tạp.
Hailà, lựclượnglao động chuyên biệt hạn chế và chi phí hoạt động cao. Trong khi sự gia tăng của hydro xanh sẽ tạo ra vô số cơ hội việc làm mới, nhiều cá nhân vẫn thiếu sự đào tạo và kỹ năng cần thiết để hỗ trợ nền kinh tế hydro. Khi ngành công nghiệp trưởng thành, sự thiếu hụt công nhân chuyên môn hóa sẽ cản trở sự phát triển của ngành.Hydro xanh cũng vô cùng thách thức và tốn kém để lưu trữ và vận chuyển.Đây là loại khí rất dễ cháy, có tỷ trọng thể tích thấp, cần phải đầu tư hệ thống đường ống chuyên dụng và thiết bị vận chuyển.
Ba là, tổnthấtnăng lượng cao.Hydro xanh mất một lượng năng lượng đáng kể tại mọi điểm trong chuỗi cung ứng. Khoảng 30-35% năng lượng được sử dụng để sản xuất hydro bị mất trong quá trình điện phân; hóa lỏng hoặc chuyển đổi hydro thành các chất mang khác, chẳng hạn như amoniac, dẫn đến tổn thất năng lượng từ 13-25%; và vận chuyển hydro đòi hỏi đầu vào năng lượng bổ sung thường bằng 10-12% năng lượng của chính hydro. Việc sử dụng hydro trong pin nhiên liệu sẽ làm mất thêm 40–50% năng lượng. Những yếu tố kém hiệu quả này, nếu không được tối ưu hóa, sẽ đòi hỏi việc triển khai năng lượng tái tạo đáng kể để cung cấp cho các máy điện phân hydro xanh có thể cạnh tranh với điện khí hóa sử dụng cuối cùng.
Bốnlà, giátrị và điểm tắt của hydro xanh.Thách thức chính là làm thế nào để kiếm tiền từ hydro xanh. Thứ nhất, trong khi hydro xanh tiết kiệm chi phí có thể được sản xuất ở những nơi đầy nắng (chẳng hạn như Úc, Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha hoặc Tunisia), các công nghiệp phát triển thường không ở bên cạnh. Điều này tạo ra nhu cầu về các đường ống chuyên dụng, với tất cả các chi phí và thời gian dẫn liên quan.Ngoài ra, định giá hydro xanh đảm bảo đảm bảo chứng nhận xuất xứ và khả năng chuyển đổi thành tín chỉ carbon; cả hai quá trình này vẫn đang được phát triển và là đối tượng củacáccuộctranhluận gay gắt.
Hydroxanhđangđạtđượcsứchúttrongcácngànhcôngnghiệp, nhưngnóvẫnphảiđốimặtvớinhiềutháchthức
Giải pháp công nghệ cho hydro xanh
Trong số việc tăng cường đầu tư, hỗ trợ của Chính phủ, phát triển kỹ thuật và lực lượng lao động có tay nghề cao, công nghệ kỹ thuật số là một trong những đòn bẩyquantrọngđểđẩynhanhquátrìnhchuyểnđổi sang hydro xanh, đặcbiệtlàtrítuệnhântạovạnvật (AIoT), sựkếthợpgiữatrí tuệ nhân tạo và công nghệ internet vạn vật cho phép tối ưu hóa và tự động hóa hệ thống thông qua quản lý và phân tích dữ liệu nâng cao.Dưới đây là bốn lĩnh vực mà công nghệ kỹ thuật số có thể giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi hydro xanh:
Cặp song sinh kỹ thuật số
Trước khi cam kết vốn, nhà đầu tư muốn biết cấu hình hệ thống nào sẽ tối ưu hóa lợi nhuận của họ.Từ công suất máy điện phân, đến bộ đệm (chẳng hạn như năng lượng và lưu trữ hydro), nhiều biến số phải được xem xét. Cặp song sinh kỹ thuật số có thể lập mô hình nhiều thiết kế và kịch bản, bao gồm các biến số như thời tiết, sự bất ổn của nhu cầu và cơ sở hạ tầng địa phương (hiện tại và tương lai), tối ưu hóa từng thiết kế đểtốiđahóalợitứcđầutưvàgiảmthiểurủi ro.
Giám sát và kiểm soát
Tiêu thụ năng lượng, hiệu suất của nhà máy, tốc độ sản xuất, độ tinh khiết và lưu trữ là một trong những chỉ số hiệu suất chính (KPI) đối với sản xuất hydro, đòi hỏi khả năng hiển thị để đảm bảo sản xuất hiệu quả. AIoT có thể cung cấp khả năng phát hiện bất thường nhanh chóng bằng cách sử dụng cảnh báo thông minh, cảm biến trên tài sản để theo dõi KPI, tình trạng tài sản và giám sát từ xa dựa trên đám mây ngoài các phòng điều khiển. Cung cấp theo dõi thời gian thực các hoạt động của nhà máy và tình trạng tài sản, cùng với việc điều khiển tài sản từ xa, có thể giảm chi phí từ 10 - 20% thông qua mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và lực lượng lao động được sắp xếp hợp lý. Tận dụng các mô hình giám sát, phù hợp với các cặp song sinh kỹ thuật số trong thiết kế, cho phép các nhà đầu tư biết vị trí của họ liên quan đến kế hoạch kinh doanh và thực hiện các hành động để giảm thiệt hại cuối cùng.
Phântíchnângcao
Analytics cóthểchuyểnđổi dữ liệu thành thông tin kinh doanh với thông tin chi tiết hữu ích.Đốivới hydro xanh, việchọchỏithông qua dữliệutừcác nhà máy, bể chứa, đường ống, cácnhàcungcấpnănglượngvàthậmchícảthờitiếtcóthểđưaracáckhuyếnnghị hành động khắc phục để tối đa hóa sản lượng. Việc thất thoát năng lượng có thể được ngăn chặn bằng cách dự báo sự cố và tối ưu hóa thờigianhoạtđộngcủamáyđiệnphân, do đótăngdoanhthu. Tận dụng các mô hình phân tích phù hợp với cặp song sinh kỹ thuật số của họ cho phép các nhà đầu tư và chủ ngân hàng 'đóng vòng thiết kế' và đưa ra các quyết định chiến lược và chiến thuật để tối ưu hóa lợi nhuận của họ.
Giấy chứng nhận xuất xứ
Đảmbảoxuấtxứ (GoO) là điều kiện tiên quyết để kiếm tiền từ hydro xanh bằng cách chứng nhận tính chất tái tạo của tất cả điện năng tiêu thụ. Các cài đặt được AIoT giám sát có thể tận dụng dữ liệu gần thời gian thực đểtựđộnghóađầuvàochocáctổchứcpháthànhGoO. Điềunàytránhđược quá trình xử lý thủ công, mang lại sự tự tin và chắc chắn hơn, đồng thời tăng khả năng kiểm chứng trong tương lai khi ngày càng có nhiều chứng nhận phát triển theo hướng thời gian thực và tự động hóa. AIoT cũng có thể đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc từđầuđếncuốidọctheotoànbộvòngđờicủa hydro xanh.
Côngnghệkỹthuậtsốcóthểgiúpthúcđẩyquátrìnhchuyểnđổi hydro xanh
Hydro xanhcungcấpmột giải pháp khử cacbon cho các lĩnh vực công nghiệp, hóa chất và giao thông vận tải. Kết hợp vớiviệctăngcườngđầutư, hỗtrợcủaChínhphủ, tiếnbộkỹthuật và lực lượng lao động có tay nghề cao, các giải pháp AIoT sẽ rất quan trọng trong việc cho phép chuyển đổi sang hydro xanh và sẽ đóng một vai trò quan trọng trong nỗ lực khử cacbon toàn cầu. Vàcóthểkhiđó, cácngànhcông nghiệp quan trọng, máy bay vàtàuthuyềncóthểđượccungcấp 100% hydro xanh.
Tàiliệuthamkhảo
1. https://givingcompass.org/article/can-using-recycled-aluminum-and-water-to-produce-green-hydrogen-be-the-future-of-clean-energy/
2. https://www.weforum.org/agenda/2021/06/4-technologies-accelerating-green-hydrogen-revolution/