Hydro xanh - tương lai năng lượng sạch

Hydro được sản xuất như thế nào?

Ở dạng nguyên tố, hydro đóng vai trò là chất mang năng lượng – tức là có thể vận chuyển năng lượng từ nơi này đến nơi khác, giống như chúng ta làm với nhiên liệu hóa thạch. Có một số phương pháp sản xuất hydro, nhưng chúng ta sẽ thảo luận về 2 phương pháp chính:

Quá trình nhiệt: Phương pháp này thường liên quan đến việc sử dụng nhiệt độ cao trên nhiên liệu hydrocacbon để giải phóng hydro. Quá trình được gọi là cải cách hơi nước được áp dụng cho nhiều loại nhiên liệu hydrocacbon như dầu diesel, khí tự nhiên, than khí hóa hoặc sinh khối.

Quy trình điện phân: Hydro có thể được sản xuất bằng cách tách các phân tử nước trong máy điện phân trong một quá trình gọi là điện phân. Quá trình này ngược lại với những gì xảy ra trong pin nhiên liệu, nơi hydro kết hợp với oxy để tạo thành nước và giải phóng năng lượng. Trong quá trình điện phân, năng lượng được sử dụng để phân tách phân tử nước.

Hydro được sản xuất bằng cách cải cách hơi nước, nhưng không thu được khí nhà kính được tạo ra trong quá trình, vì vậy nó tạo ra khí thải carbon. Than cũng thường được sử dụng để sản xuất khí hydro, sau đó được gọi là hydro đen hoặc nâu. Hydro màu xanh lam được sản xuất từ khí tự nhiên, nhưng CO2 tạo ra trong quá trình sản xuất được thu giữ và lưu trữ vĩnh viễn dưới lòng đất.

Trong sản xuất hydro xanh, hydro vẫn được sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch; tuy nhiên, khí thải từ quá trình này được thu giữ bằng cách thu hồi và lưu trữ carbon công nghiệp (CCS) giúp cho nó sạch hơn so với hydro đen và xám. Hydro xanh là hình thức sản xuất hydro sạch nhất. Đó là năng lượng được sản xuất từ các nguồn tái tạo - có thể là sự kết hợp giữa thủy điện, gió và năng lượng mặt trời (hydro được sản xuất bằng năng lượng mặt trời đôi khi được gọi là hydro màu vàng). Mặc dù việc lắp đặt chuỗi trang trại năng lượng tái tạo đang gia tăng, nhưng ngày nay chỉ có 0,1% tổng sản lượng hydro thực sự xanh.

 Tại sao chúng ta cần hydro xanh?

Để hiểu nhu cầu sản xuất hydro xanh, chúng ta cũng phải hiểu các loại kỹ thuật sản xuất hydro khác - chẳng hạn như hydro xanh lam hoặc xanh ngọc (được sản xuất bằng quy trình gọi là nhiệt phân metan để tạo ra hydro và carbon rắn). Một nguồn năng lượng khác đang được khám phá để sản xuất hydro là năng lượng hạt nhân. Hydro được sản xuất bằng năng lượng hạt nhân được gọi là hydro hồng hoặc đôi khi còn được gọi là hydro đỏ. Quá trình này không tạo ra khí thải carbon nhưng có thể góp phần gây ra vấn đề tạo ra chất thải hạt nhân trong tương lai cần được xử lý.

Mặt khác, hydro xanh cung cấp những gì tốt nhất của cả hai thế giới vì nó cung cấp nhiên liệu thân thiện với môi trường. Khi các quốc gia tìm cách chuyển đổi sang nguồn năng lượng xanh hơn, hydro được cho là sẽ đóng một vai trò quan trọng. Để đảm bảo chúng ta thực hiện sự thay đổi này mà không làm tăng thêm lượng khí carbon dioxide vào bầu khí quyển và làm thế giới nóng lên thêm nữa, một số người lập luận rằng chúng ta cần tăng tốc độ sản xuất và sử dụng hydro xanh ngay bây giờ.

Hydro xanh có thể là nguồn năng lượng thay thế trong hầu hết mọi ứng dụng hiện đang sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Trong một kịch bản như vậy, hydro - chứa năng lượng gấp 3 lần so với cùng một trọng lượng xăng và gần 7 lần so với năng lượng do than sản xuất – được đánh giá là giải pháp thay thế. Ngoài ra, hydro được sử dụng trong pin nhiên liệu là nguồn điện có thể được triển khai ở bất cứ đâu trên hành tinh. Hydro chỉ cần oxy để hoạt động và tạo ra nước dưới dạng sản phẩm phụ.

Hydro được sản xuất tại một địa điểm xanh có thể được vận chuyển đến cả những vùng xa xôi của một quốc gia theo cách tương tự như nhiên liệu hóa thạch ngày nay - sử dụng các hệ thống giao thông hiện có và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe cộ, nhà cửa và thậm chí cả các ngành công nghiệp. Thay vì sử dụng pin để lưu trữ năng lượng, hydro có thể được sử dụng làm chất mang và bị oxy hóa khi cần năng lượng, chẳng hạn như điện hoặc nhiệt.

Do những ưu điểm của nó, hydro có thể sẵn sàng trở thành nguồn năng lượng khả thi cho thế giới. Tuy nhiên, việc áp dụng hydro khá chậm và điều này phần lớn là do chi phí tài chính tương đối cao để tạo ra và sử dụng nhiên liệu. Theo ước tính từ Trung tâm Năng lượng Toàn cầu tại Đại học Columbia, 70 triệu tấn hydro được sản xuất hàng năm chỉ riêng ở Mỹ. Điều này chứng tỏ những thách thức kỹ thuật trong việc vận chuyển và sử dụng hydro đã được hiểu rõ và giải quyết.

Chi phí của máy điện phân là một trong những yếu tố chính góp phần làm tăng giá hydro xanh, có thể dao động trong khoảng từ 3,5- 6 USD/kg. Để so sánh, chi phí sản xuất hydro xám khoảng 1,5 USD/kg, trong khi hydro xanh có giá khoảng 2-3 USD cho cùng một trọng lượng. Ngoài ra, vì hydro có mật độ năng lượng thể tích thấp nên nó thường được lưu trữ trên phương tiện dưới dạng khí nén – nếu không, sẽ không đủ cho một phương tiện trung bình để đảm bảo di chuyển tầm xa.

Hầu hết các ứng dụng hiện tại sử dụng bình áp suất cao có khả năng lưu trữ hydro ở mức rất cao. Vì vậy, cũng có chi phí lắp đặt bể và đảm bảo an toàn cho chúng. Các chính phủ phải làm việc để đưa ra những chính sách có thể giảm chi phí sản xuất hydro xanh vì nó sẽ giúp phát triển các công nghệ mới và cũng làm sạch môi trường.