Tại sao hydrogen chưa đi đến đâu hết
Stan Ridley | DCVOnline
Vẫn còn những rào cản.
Hydrogen được coi là một “nguyên tố kỳ diệu” hết sức dồi dào, kỳ vọng sẽ giúp đưa nhân loại đến một tương lai năng lượng xanh. Nhiều chính phủ và cơ quan hiện nay đang đề nghị dùng Hydrogen như một phần của giải pháp cho tình trạng nóng lên toàn cầu và cuộc khủng hoảng biến đổi khí hậu.
Tuy nhiên, đối với nhiều chuyên gia, những kỳ vọng tươi sáng đó đã kết thúc vào đầu những năm 2000, vì những lý do khoa học, kỹ thuật, môi trường và kinh tế rất hợp lý. Những rào cản đã được xác định—và vẫn còn những rào cản đó cho đến ngày nay.
Khi người ta chỉ cân nhắc việc chuyển đổi Hydrogen thành dạng năng lượng có thể sử dụng được, thì chắc chắn nó mang lại lợi ích là không phát thải khí nhà kính (GHG). Tuy nhiên, khi xem xét toàn bộ vòng đời của những hệ thống hydrogen, từ sản xuất và nén đến vận chuyển, lưu trữ và phân phối, Hydrogen hóa ra lại là một trong những dạng năng lượng kém hấp dẫn nhất xét về hiệu suất vòng đời thấp và lượng khí thải GHG cao.
Mặc dù Hydrogen là nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ và rất dồi dào trên hành tinh của chúng ta, nhưng nó luôn liên kết với những nguyên tố khác, chẳng hạn như với oxy trong nước. Vì vậy, Hydrogen chỉ có thể được “sản xuất” bằng cách phá vỡ những hợp chất đó bằng năng lượng. Ngày nay, hơn 95% tổng lượng Hydrogen sử dụng trên toàn cầu được sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch, thải ra một lượng lớn GHG.
Chúng ta cần những đột phá kỹ thuật lớn trong những hệ thống năng lượng toàn cầu nếu chúng ta muốn giành chiến thắng trong cuộc chiến chống lại sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Mặc dù những đột phá này có thể gồm cả những lò phản ứng hạch tâm, hệ thống thu giữ carbon và lưu trữ năng lượng từ những nguồn năng lượng tái tạo không liên tục (ví dụ như gió và mặt trời), nhưng có vẻ như có rất ít lý do kỹ thuật hợp lý cho “việc cổ suý” cho Hydrogen hiện nay.
Chỉ là chất mang năng lượng
Hydrogen không phải là nguồn năng lượng chính, mà là chất mang năng lượng rất kém hiệu quả. những quy trình Hydrogen trọn vòng đời (LC), như đã đề cập trước đây, chỉ có hiệu suất 45% hoặc thấp hơn, bất kể đầu vào năng lượng. Để so sánh, những đường dây truyền tải điện hiện đại thường có hiệu suất từ 95% đến 98%.
Hydrogen xám
Hiện tại, hơn 95% tổng lượng Hydrogen sử dụng trên toàn cầu là ‘Hydrogen xám’ sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch,phaafnn lớn là khí tự nhiên. những quy trình vòng đời của Hydrogen xám mất từ 55% đến 75% năng lượng đầu vào và thải ra một lượng lớn GHG.
Hydrogen xanh dương
Hydrogen xám được coi là ‘Hydrogen xanh dương’ nếu những hệ thống thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) giải quyết được lượng khí thải GHG liên quan. Tuy nhiên, trong những phân tích vòng đời hiện tại, dường như không có bất kỳ quy trình CCUS nào ở múc độ kỹ nghệ khả thi để đáp ứng những yêu cầu như vậy.
Hydrogen xanh
Nhân loại sẽ không giảm đáng kể lượng khí thải GHG bằng cách đốt nhiều nhiên liệu hóa thạch hơn để thúc đẩy vòng đời Hydrogen kém hiệu quả. Đối diện với thực tế khắc nghiệt này, nhiều người ủng hộ Hydrogen hiện đang tập trung vào việc sử dụng năng lượng tương đối sạch từ những nguồn tái tạo (ví dụ như gió, mặt trời và thủy điện) và/hoặc lò phản ứng hạch tâm để cho những quy trình hydrogen hoạt động. Do đó, ‘Hydrogen xanh’ được sản xuất với hàm lượng carbon rất thấp.
Trên toàn cầu, nhân loại tiêu thụ khoảng 600 exajoule (EJ) năng lượng sơ cấp mỗi năm. Hơn 80% là từ nhiên liệu hóa thạch, gồm than, dầu và khí đốt tự nhiên. Năng lượng gió, mặt trời, thủy điện và năng lượng hạch tâm lần lượt chiếm khoảng 3%, 2%, 7% và 4%. Vì những nguồn nhiên liệu không hóa thạch này rất hạn chế nên chúng phải tiếp tục được phân bổ và cam kết thận trọng cho những hệ thống hiệu quả nhất trong khi chúng ta tìm cách tăng sản lượng và tính khả dụng của chúng nhiều hơn nữa.
Và thực tế là những quy trình hiện tại của chúng ta sử dụng năng lượng tái tạo hạn chế, tương đối sạch để thay thế trực tiếp và/hoặc thay thế năng lượng GHG nặng đã đạt hiệu suất gần 100% (tức là 1 MWh sạch cho 1 MWh bẩn).
Mặc dù hầu hết những đề nghị về Hydrogen xanh dường như đều không có cơ sở khoa học và môi trường, nhưng có thể có một ngoại lệ trong những đề nghị khai thác lượng lớn năng lượng mặt trời từ những sa mạc lớn trên thế giới để cung cấp nhiên liệu cho những hệ thống lưu trữ, vận chuyển và phân phối Hydrogen quốc tế.
Tuy nhiên, những diễn biến địa chính trị gần đây, kể cả vụ oanh tạc những đường ống ngầm liên quốc gia lớn vốn từng là huyết mạch kinh tế, hẳn phải làm dấy lên những lo ngại nghiêm trọng về sự phụ thuộc năng lượng và khả năng tự cung tự cấp của những quốc gia kỹ nghệ lớn.
Hydrogen tự nhiên
Trong vài năm trở lại đây, đã có nhiều cuộc thảo luận về việc có thể khai thác Hydrogen tự nhiên với số lượng lớn. Mặc dù đã khai thác được một lượng Hydrogen tự nhiên tương đối nhỏ, nhưng những nguồn như vậy vẫn chưa được hiểu rõ.
Cho đến nay, vẫn chưa rõ liệu có sẵn và có thể khai thác được một lượng lớn Hydrogen tự nhiên hay không, bằng hình thức hoặc năng lượng nào, hiệu suất tổng thể như thế nào và giá thương mại là bao nhiêu. Vẫn còn thiếu những nghiên cứu khoa học, chuyên môn khai thác và thương mại trong lĩnh vực này. Trong khi một số công ty nhỏ đang khám phá những chân trời như vậy, những công ty năng lượng lớn vẫn đang theo dõi sát sao.
Ứng dụng thích hợp
Có một số ứng dụng mà chúng ta sẽ tiếp tục cần hydrogen. Một phần đáng kể Hydrogen được sản xuất và tiêu thụ hiện nay được ngành kỹ nghệ sử dụng trong khi sản xuất kim loại, lọc dầu, chế biến thực phẩm và sản xuất phân bón và những sản phẩm hóa học khác.
Sai lầm nghiêm trọng
Nếu không có những đột phá kỹ thuật lớn để cải thiện đáng kể hiệu quả chung của những quy trình Hydrogen hoặc phát giác ra lượng Hydrogen tự nhiên khổng lồ mà chúng ta có thể khai thác và cung cấp một cách cạnh tranh, thì dường như không có lý do chính đáng về mặt kỹ thuật hoặc môi trường nào để tăng sản lượng và tiêu thụ Hydrogen bằng nhiên liệu hóa thạch, năng lượng tái tạo hoặc nguồn hạt nhân.
Hầu như bất kỳ sự gia tăng nào trong sản xuất và sử dụng Hydrogen cũng sẽ làm tăng tổng lượng khí thải GHG nhanh hơn nhiều so với những quy trình hiện tại để thay thế trực tiếp và/hoặc thay thế năng lượng bẩn bằng năng lượng sạch.
Hơn nữa, khái niệm sử dụng năng lượng tái tạo không liên tục không thể điều hợp — một số trong số đó thực sự có sẵn — để sản xuất và lưu trữ Hydrogen cho đến khi có thể chuyển đổi thành dạng có thể sử dụng khi cần thiết dường như rất đáng ngờ. Một đề nghị như vậy bỏ qua thực tế của nhiều hệ thống lưu trữ năng lượng hiện có khác vốn đã hiệu quả hơn nhiều so với quy trình vòng đời hydro.
Tác giả | Stan Ridley là Giám đốc của West 2012 Energy Management, có trụ sở tại Vancouver. Ông là cựu Giám đốc của B.C. Hydrogen International, cựu Phó Giám đốc cao cấp (về năng lượng) của công ty Kỹ thuật SNC-Lavalin nay là AtkinsRéalis Group Inc. Đây một công ty Canada có trụ sở tại Montreal cung cấp dịch vụ kỹ thuật, mua sắm và xây dựng (EPC) cho nhiều ngành kỹ nghệ khác nhau như khai thác mỏ, luyện kim, môi trường và nước, cơ sở hạ tầng và năng lượng sạch. AtkinsRéalis là công ty xây dựng lớn nhất, tính theo doanh thu, tại Canada, tính đến năm 2021
© 2024 DCVOnline
Nếu đăng lại, xin ghi nguồn và đọc “Thể lệ trích đăng lại bài từ DCVOnline.net”
________________________
Nguồn: Why hydrogen has been a non-starter | Stan Ridley | This article originally appeared in the May/June 2024 issue of Canadian Consulting Engineer.