Hydro xanh là gì?
Hydro xanh là hydro được sản xuất bằng cách tách nước bằng điện phân, sử dụng điện được tạo ra bằng năng lượng tái tạo. Quá trình này chỉ tạo ra hydro và oxy. Chúng ta có thể sử dụng hydro và thải oxy vào khí quyển mà không có tác động tiêu cực nào. Đây là một trong những cách sạch nhất tạo ra hydro, sau đó có thể được sử dụng làm nhiên liệu.
Hydro là nguyên tố hóa học phong phú nhất trên trái đất, nhưng nó có một vấn đề: nó không có sẵn tự do trong môi trường (ví dụ, trong các bể chứa), nhưng nó luôn kết hợp với các nguyên tố khác (ví dụ, trong nước, H2O hoặc metan, CH4). Vì vậy, để được sử dụng trong các ứng dụng năng lượng, trước tiên nó phải được giải phóng, tức là tách khỏi phần còn lại của các nguyên tố.
Để thực hiện sự phân tách này và thu được hydro tự do, cần phải thực hiện một số quá trình và năng lượng được sử dụng cho chúng. Điều này xác định hydro là một chất mang năng lượng, chứ không phải là năng lượng chính hoặc nhiên liệu mà nhiều người coi. Hydro xanh là chất mang năng lượng, không phải là nguồn năng lượng chính. Nói cách khác, hydro là một chất có thể lưu trữ năng lượng, sau đó có thể được giải phóng một cách có kiểm soát ở nơi khác. Vì vậy, có thể được so sánh với pin lithium lưu trữ điện, thay vì nhiên liệu hóa thạch như khí đốt tự nhiên.
Tiềm năng của hydro trong việc chống lại biến đổi khí hậu nằm ở khả năng thay thế nhiên liệu hóa thạch trong các ứng dụng mà quá trình khử cacbon phức tạp hơn, chẳng hạn như vận tải hàng hải và hàng không hoặc các quy trình công nghiệp nhất định. Hơn nữa, có tiềm năng lớn như một hệ thống lưu trữ năng lượng theo mùa (dài hạn), có thể tích lũy năng lượng trong một thời gian dài, sau đó sử dụng theo nhu cầu.
Nguồn gốc và các loại hydro
Là một chất khí không màu, sự thật là khi chúng ta nói về hydro, chúng ta thường sử dụng các thuật ngữ rất sặc sỡ để diễn đạt nó. Nhiều người trong số các bạn đã nghe nói đến hydro xanh lục, xám, xanh lam, ….. Màu sắc được gán cho hydro không gì khác hơn là một nhãn dùng để phân loại nó theo nguồn gốc của nó và lượng carbon dioxide thải ra trong quá trình sản xuất.
- Hydro màu nâu: Nó thu được bằng cách khí hóa than, và trong quá trình sản xuất, carbon dioxide được giải phóng. Nó đôi khi được gọi là hydro đen.
- Hydro màu xám: thu được từ quá trình cải tạo khí tự nhiên. Nó hiện là sản lượng dồi dào nhất và rẻ nhất, mặc dù chi phí dự kiến sẽ tăng do giá quyền phát thải carbon dioxide. Việc sản xuất 1 tấn tro H2 sẽ thải ra từ 9 đến 12 tấn CO2.
- Hydro xanh lam: Nó cũng được sản xuất bằng cách cải tạo khí tự nhiên, sự khác biệt là một phần hoặc toàn bộ lượng khí thải CO2 được tránh thông qua hệ thống thu giữ carbon. Sau đó, carbon dioxide này có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu tổng hợp chẳng hạn.
- Hydro xanh: Nó có được bằng cách điện phân nước sử dụng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo. Đây là loại đắt nhất, nhưng khi chi phí năng lượng tái tạo và chất điện phân giảm, giá của nó dự kiến sẽ giảm dần. Một loại hydro xanh khác được sản xuất từ khí sinh học bằng cách sử dụng chất thải chăn nuôi, nông nghiệp và / hoặc đô thị.
Trên thực tế, quá trình sản xuất hydro xanh không hề phức tạp: quá trình điện phân chỉ đơn giản là sử dụng dòng điện để phân hủy nước (H2O) thành oxy (O2) và hydro (H2). Thách thức thực sự là cạnh tranh, đòi hỏi nhiều điện tái tạo giá rẻ (ít nhiều cố định), và công nghệ tế bào điện phân hiệu quả và có thể mở rộng.
Công dụng của hydro xanh
Về lý thuyết, một trong những cách hiệu quả nhất để khử cacbon trong nền kinh tế là cố gắng điện khí hóa toàn bộ hệ thống năng lượng. Tuy nhiên, hiện tại, công nghệ pin và điện không khả thi, tùy thuộc vào ứng dụng. Trong nhiều người trong số họ, hydro xanh có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch, mặc dù không phải tất cả đều quá trưởng thành hoặc đơn giản:
Thay vào đó, hãy sử dụng hydro màu nâu và xám. Bước đầu tiên cần phải thay thế tất cả hydro hóa thạch hiện đang được sử dụng trong công nghiệp, sử dụng các công nghệ phát triển và giảm chi phí. Thách thức không hề nhỏ: nhu cầu toàn cầu về hydro từ sản xuất điện sẽ tiêu thụ 3.600 TWh, nhiều hơn tổng sản lượng điện hàng năm của EU. Đây là những công dụng chính của hydro xanh:
- Công nghiệp nặng: Những người tiêu dùng lớn của các công ty thép, xi măng, hóa chất và các nhiên liệu hóa thạch khác không dễ dàng tiếp cận hoặc khả thi trực tiếp.
- Cửa hàng năng lượng: Đây chắc chắn là một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của hydro: như một hệ thống lưu trữ năng lượng theo mùa. Với sự phổ biến ngày càng tăng của năng lượng tái tạo, chúng ta sẽ thấy rằng chi phí điện thực sự rất rẻ, thậm chí sẽ có thặng dư vì không có nơi để tiêu thụ. Đây là lúc hydro sẽ phát huy tác dụng, có thể được sản xuất với giá rẻ và sau đó được sử dụng theo yêu cầu cho bất kỳ ứng dụng nào, có thể là sản xuất điện hoặc bất kỳ ứng dụng nào khác.
- Gây xúc động mạnh: Không nghi ngờ gì nữa, vận tải là một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của hydro. Trong lĩnh vực vận tải hạng nhẹ ngày nay, pin đang chiếm ưu thế trong cuộc cạnh tranh, nhưng một số nhà sản xuất (đặc biệt là Nhật Bản) vẫn tiếp tục phát triển các mẫu pin nhiên liệu của họ và kết quả ngày càng hứa hẹn.
- Sưởi: Hệ thống sưởi trong nhà và công nghiệp là một lĩnh vực không phải lúc nào cũng có thể sử dụng điện (không phải lúc nào máy bơm nhiệt cũng là một lựa chọn), và hydro có thể là một giải pháp một phần. Ngoài ra, cơ sở hạ tầng hiện có (chẳng hạn như mạng lưới khí đốt tự nhiên) có thể được sử dụng để tăng nhu cầu. Trên thực tế, việc trộn tới 20% thể tích hydro trong mạng lưới khí đốt tự nhiên hiện có đòi hỏi phải có những sửa đổi tối thiểu đối với mạng lưới hoặc thiết bị của người dùng cuối.
Hydro xanh được sản xuất như thế nào?
Công nghệ sản xuất Hydro xanh dựa trên việc tạo ra khí hydro, một loại nhiên liệu nhẹ, rất phổ biến và có tính phản ứng cao, thông qua một quá trình hóa học mang tên điện phân. 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. Phương pháp này sử dụng dòng điện một chiều để tách hydro ra khỏi oxy trong nước. Do đó, nếu có được nguồn điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, con người sẽ sản xuất được điện mà không cần phải thải CO2 ra bầu khí quyển.
Theo IEA, phương pháp này sẽ giúp giảm 830 triệu tấn CO2 được thải ra hàng năm trong các quá trình sản xuất sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tương tự, việc thay thế toàn bộ hydro xám trên thế giới sẽ cần 3.000 TWh/năm từ các nguồn năng lượng tái tạo mới, một con số tương đương với nhu cầu điện hiện tại của cả châu Âu.
Tuy nhiên, có một số câu hỏi được đặt ra về khả năng tồn tại của hydro xanh do chi phí sản xuất khá cao. Song việc tiếp tục khử khí carbon trên trái đất dần dần sẽ giúp giảm chi phí sản xuất năng lượng tái tạo, làm xoá tan những nghi ngờ.
Ưu và nhược điểm của hydro xanh
Một số ưu điểm nổi bật của hydro xanh:
Một là, 100% năng lượng bền vững bởi hydro xanh không thải ra khí gây ô nhiễm trong quá trình đốt cháy hoặc trong quá trình sản xuất.
Hai là, dễ lưu trữ do đó, hydro xanh có thể được sử dụng vào những mục đích khác và thời điểm khác, thay vì phải dùng ngay lập tức sau khi được sản xuất.
Ba là, đa năng. Hydro xanh có thể được chuyển hóa thành điện hoặc khí gas nhân tạo và được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, thương mại, công nghiệp hoặc vận tải.
Bốn là, dễ vận chuyển. Hydro xanh có thể được trộn với khí gas tự nhiên với tỷ lệ lên đến 20% và có thể được dẫn qua cùng đường ống dẫn khí. Nếu muốn tăng tỷ lệ cao hơn, cần phải thay đổi một số yếu tố trong hệ thống khí gas để đảm bảo độ tương thích.
Tuy nhiên, hydro xanh cũng có những mặt tiêu cực cần lưu tâm.
Trước tiên là chi phí cao. Năng lượng từ các nguồn tái tạo tuy chính là chìa khóa để tạo ra hydro xanh thông qua điện phân nhưng lại có chi phí sản xuất cao hơn. Do dó, để tạo ra hydrogen cũng tốn kém hơn nhiều. Bên cạnh đó, việc sản xuất năng lượng hydro nói chung và hydro xanh nói riêng cần nhiều năng lượng hơn các loại nhiên liệu khác.
Ngoài ra, các vấn đề an toàn cũng là một điểm đáng ngại, bởi hydro xanh là một nguyên tố dễ bay hơi và dễ cháy. Bởi vậy, cần phải có các biện pháp an toàn chi tiết để ngăn ngừa rò rỉ và cháy nổ.
Dự án hydro xanh nhất thế giới của Trung Quốc có gì đặc biệt?
Mới đây, Tập đoàn Dầu khí & Hóa chất Trung Quốc (Sinopec) đã tổ chức lễ khởi công dự án hydro xanh với quy mô lớn nhất thế giới tại Khu tự trị Nội Mông thuộc Trung Quốc. Dự án này sẽ sử dụng tài nguyên năng lượng mặt trời và gió tại vùng đất Ordos để sản xuất trực tiếp hydro xanh.
