Ngày càng nhiều quốc gia bắt đầu đặt ra các mục tiêu chiến lược cho năng lượng hydro, và một số khoản đầu tư đang hướng đến phát triển công nghệ hydro xanh. EU và Trung Quốc đang dẫn đầu sự phát triển này, tìm kiếm lợi thế tiên phong về công nghệ và cơ sở hạ tầng. Trong khi đó, Nhật Bản, Hàn Quốc, Pháp, Đức, Hà Lan, New Zealand và Úc đều đã công bố các chiến lược năng lượng hydro và phát triển các kế hoạch thí điểm kể từ năm 2017. Năm 2021, EU đã ban hành yêu cầu chiến lược về năng lượng hydro, đề xuất tăng công suất hoạt động sản xuất hydro trong các tế bào điện phân lên 6GW vào năm 2024 bằng cách dựa vào năng lượng gió và mặt trời, và lên 40GW vào năm 2030, công suất sản xuất hydro trong EU sẽ được tăng thêm 40GW từ bên ngoài EU.
Cũng như tất cả các công nghệ mới, hydro xanh đang chuyển từ giai đoạn nghiên cứu và phát triển cơ bản sang phát triển công nghiệp chính thống, dẫn đến chi phí đơn vị thấp hơn và hiệu quả cao hơn trong thiết kế, xây dựng và lắp đặt. Chi phí sản xuất hydro xanh (LCOH) bao gồm ba thành phần: chi phí tế bào điện phân, giá điện năng tái tạo và các chi phí vận hành khác. Nhìn chung, chi phí tế bào điện phân chiếm khoảng 20% ~ 25% LCOH của hydro xanh, và phần lớn là chi phí điện năng (70% ~ 75%). Chi phí vận hành tương đối nhỏ, thường dưới 5%.
Trên phạm vi quốc tế, giá năng lượng tái tạo (chủ yếu là năng lượng mặt trời và gió quy mô lớn) đã giảm đáng kể trong 30 năm qua, và chi phí năng lượng tương đương (LCOE) hiện nay gần bằng với điện than (30-50 USD/MWh), khiến năng lượng tái tạo trở nên cạnh tranh hơn về chi phí trong tương lai. Chi phí năng lượng tái tạo tiếp tục giảm 10% mỗi năm, và đến khoảng năm 2030, chi phí năng lượng tái tạo sẽ đạt khoảng 20 USD/MWh. Chi phí vận hành không thể giảm đáng kể, nhưng chi phí đơn vị pin mặt trời có thể giảm và dự kiến chi phí học hỏi đối với pin mặt trời cũng tương tự như đối với năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió.
Năng lượng mặt trời quang điện (PV) được phát triển vào những năm 1970 và giá thành điện năng quy đổi (LCOE) của PV mặt trời năm 2010 vào khoảng 500 USD/MWh. LCOE của PV mặt trời đã giảm đáng kể kể từ năm 2010 và hiện ở mức 30 đến 50 USD/MWh. Do công nghệ tế bào điện phân tương tự như tiêu chuẩn công nghiệp cho sản xuất tế bào quang điện mặt trời, từ năm 2020-2030, công nghệ tế bào điện phân có khả năng sẽ đi theo quỹ đạo tương tự như tế bào quang điện mặt trời về chi phí đơn vị. Đồng thời, LCOE của năng lượng gió cũng đã giảm đáng kể trong thập kỷ qua, nhưng với mức giảm nhỏ hơn (khoảng 50% đối với điện gió ngoài khơi và 60% đối với điện gió trên bờ).
Nước ta sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (như năng lượng gió, quang điện, thủy điện) để sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân nước. Khi giá điện được kiểm soát ở mức dưới 0,25 nhân dân tệ/kWh, chi phí sản xuất hydro có hiệu quả kinh tế tương đối cao (15,3 ~ 20,9 nhân dân tệ/kg). Các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của sản xuất hydro bằng điện phân kiềm và điện phân PEM được thể hiện trong Bảng 1.
Phương pháp tính toán chi phí sản xuất hydro bằng điện phân được thể hiện trong phương trình (1) và (2). LCOE = chi phí cố định / (lượng hydro sản xuất x tuổi thọ) + chi phí vận hành (1) Chi phí vận hành = điện năng tiêu thụ để sản xuất hydro x giá điện + giá nước + chi phí bảo trì thiết bị (2) Lấy ví dụ các dự án điện phân kiềm và điện phân PEM (1000 Nm3/h), giả sử vòng đời của dự án là 20 năm và tuổi thọ hoạt động là 9×104h. Chi phí cố định của buồng điện phân trọn gói, thiết bị tinh chế hydro, phí vật liệu, phí xây dựng dân dụng, phí dịch vụ lắp đặt và các hạng mục khác được tính là 0,3 nhân dân tệ/kWh cho quá trình điện phân. Bảng so sánh chi phí được thể hiện trong Bảng 2.
So với các phương pháp sản xuất hydro khác, nếu giá điện năng lượng tái tạo thấp hơn 0,25 nhân dân tệ/kWh, chi phí sản xuất hydro xanh có thể giảm xuống khoảng 15 nhân dân tệ/kg, bắt đầu có lợi thế về chi phí. Trong bối cảnh trung hòa carbon, với việc giảm chi phí sản xuất điện từ năng lượng tái tạo, sự phát triển quy mô lớn của các dự án sản xuất hydro, việc giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí đầu tư của các tế bào điện phân, cùng với sự hướng dẫn của thuế carbon và các chính sách khác, con đường giảm chi phí sản xuất hydro xanh sẽ dần trở nên rõ ràng hơn. Đồng thời, do sản xuất hydro từ các nguồn năng lượng truyền thống sẽ lẫn nhiều tạp chất liên quan như carbon, lưu huỳnh và clo, cộng thêm chi phí tinh chế và thu giữ, lưu trữ và sử dụng carbon (CCUS), chi phí sản xuất thực tế có thể vượt quá 20 nhân dân tệ/kg.
Thời gian đăng bài: 06/02/2023