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.
Hydro xanh được coi là năng lượng không carbon để bổ sung cho năng lượng gió và năng lượng mặt trời, 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.
Hydro là nguyên tố phổ biến thứ 3 trên Trái Đất, là hóa chất phong phú nhất trong vũ trụ nhưng lại không có sẵn để khai thác trực tiếp mà phải được tạo ra từ các nguồn sơ cấp ban đầu như nước hoặc các hợp chất hydrocacbon. Tùy vào phương pháp sản xuất, hydro có thể được phân loại thành 3 nhóm: grey hydrogen (hydro xám), blue hydrogen (hydro lam) và green hydrogen (hydro xanh). 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.
Hydro xanh được sản xuất thông qua quá trình điện phân, trong đó máy móc tách nước thành hydro và oxy mà không có sản phẩm phụ nào khác. Trong lịch sử, quá trình điện phân đòi hỏi rất nhiều điện nên việc sản xuất hydro theo cách đó không có ý nghĩa gì. Tình hình đang thay đổi vì hai lý do. Thứ nhất, lượng điện tái tạo dư thừa đáng kể đã có sẵn ở quy mô lưới điện; thay vì lưu trữ lượng điện dư thừa trong các dãy pin, lượng điện dư thừa có thể được sử dụng để thúc đẩy quá trình điện phân nước, lưu trữ điện năng ở dạng hydro. Thứ hai, máy điện phân ngày càng hiệu quả hơn.
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.
Phương pháp sản xuất hydro với chi phí và tính cạnh tranh cao nhưng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và việc cắt giảm phát thải nhà kính đang là vấn đề quan trọng hơn nên tại các nước tại Châu Âu, Trung Đông và Châu Á đang ngày càng quan tâm đến hydro xanh.
Đặc biệt, 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.
Hydro xanh được coi là năng lượng không carbon để bổ sung cho năng lượng gió và năng lượng mặt trời, 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.
Hydro là nguyên tố phổ biến thứ 3 trên Trái Đất, là hóa chất phong phú nhất trong vũ trụ nhưng lại không có sẵn để khai thác trực tiếp mà phải được tạo ra từ các nguồn sơ cấp ban đầu như nước hoặc các hợp chất hydrocacbon. Tùy vào phương pháp sản xuất, hydro có thể được phân loại thành 3 nhóm: grey hydrogen (hydro xám), blue hydrogen (hydro lam) và green hydrogen (hydro xanh). 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.
Hydro xanh được sản xuất thông qua quá trình điện phân, trong đó máy móc tách nước thành hydro và oxy mà không có sản phẩm phụ nào khác. Trong lịch sử, quá trình điện phân đòi hỏi rất nhiều điện nên việc sản xuất hydro theo cách đó không có ý nghĩa gì. Tình hình đang thay đổi vì hai lý do. Thứ nhất, lượng điện tái tạo dư thừa đáng kể đã có sẵn ở quy mô lưới điện; thay vì lưu trữ lượng điện dư thừa trong các dãy pin, lượng điện dư thừa có thể được sử dụng để thúc đẩy quá trình điện phân nước, lưu trữ điện năng ở dạng hydro. Thứ hai, máy điện phân ngày càng hiệu quả hơn.
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.
Phương pháp sản xuất hydro với chi phí và tính cạnh tranh cao nhưng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và việc cắt giảm phát thải nhà kính đang là vấn đề quan trọng hơn nên tại các nước tại Châu Âu, Trung Đông và Châu Á đang ngày càng quan tâm đến hydro xanh.
Đặc biệt, 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.
.jpg)
Trạm nghiên cứu năng lượng hydrogen Fukushima mới được Nhật Bản khai trương vào tháng 3. (Ảnh: Toshiba ESS)
Ngoài ra, Các công ty đang nghiên cứu để phát triển các máy điện phân có thể tạo ra hydro xanh với giá rẻ như hydro xám hoặc hydro lam và các chuyên gia kỳ vọng họ sẽ đạt được mục tiêu đó trong thập kỷ tới. Trong khi đó, các công ty năng lượng đang bắt đầu tích hợp máy điện phân trực tiếp vào các dự án điện tái tạo. Ví dụ, một liên minh gồm các công ty đứng sau một dự án có tên là Gigastack có kế hoạch trang bị trang trại gió ngoài khơi Ørsted’s Hornsea Two với các máy điện phân 100 megawatt để tạo ra hydro xanh ở quy mô công nghiệp.
Các công nghệ tái tạo hiện tại như năng lượng mặt trời và gió có thể khử cacbon trong ngành năng lượng tới 85% bằng cách thay thế khí đốt và than bằng điện sạch. Các bộ phận khác của nền kinh tế, chẳng hạn như vận chuyển và sản xuất, khó điện khí hơn vì chúng thường đòi hỏi nhiên liệu có mật độ năng lượng cao hoặc nhiệt ở nhiệt độ cao. Hydro xanh có tiềm năng trong các lĩnh vực này. Ủy ban Chuyển đổi Năng lượng quốc tế cho biết hydro xanh là một trong bốn công nghệ cần thiết để đáp ứng mục tiêu của Thỏa thuận Paris về giảm hơn 10 gigatonnes carbon dioxide mỗi năm từ các lĩnh vực công nghiệp liên quan nhất, trong đó có khai thác mỏ, xây dựng và hóa chất.
--------------------------
Tài liệu tham khảo:
P.A.T (NASATI), theo Top 10 Emerging Technologies of 2020, WEF
Nguồn: Văn phòng Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ./.
