Những năm gần đây, các quốc gia trên thế giới đang thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng hydro với tốc độ chưa từng có. Theo báo cáo do Ủy ban Năng lượng Hydro quốc tế và McKinsey cùng công bố, hơn 30 quốc gia và khu vực đã đưa ra lộ trình phát triển năng lượng hydro, và tổng đầu tư toàn cầu vào các dự án năng lượng hydro sẽ đạt 300 tỷ đô la Mỹ vào năm 2030.
Năng lượng hydro là năng lượng được giải phóng từ hydro trong quá trình biến đổi vật lý và hóa học. Hydro và oxy có thể được đốt cháy để tạo ra năng lượng nhiệt, và cũng có thể được chuyển đổi thành điện năng bằng pin nhiên liệu. Hydro không chỉ có nguồn cung dồi dào mà còn có ưu điểm là dẫn nhiệt tốt, sạch và không độc hại, và có nhiệt lượng cao trên mỗi đơn vị khối lượng. Hàm lượng nhiệt của hydro ở cùng một khối lượng gấp khoảng ba lần so với xăng. Nó là một nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp hóa dầu và là nhiên liệu năng lượng cho tên lửa hàng không vũ trụ. Với lời kêu gọi ngày càng tăng về việc giải quyết biến đổi khí hậu và đạt được mục tiêu trung hòa carbon, năng lượng hydro được kỳ vọng sẽ thay đổi hệ thống năng lượng của con người.
Năng lượng hydro được ưa chuộng không chỉ vì quá trình giải phóng không phát thải carbon, mà còn vì hydro có thể được sử dụng như một chất mang lưu trữ năng lượng để bù đắp cho sự không ổn định và gián đoạn của năng lượng tái tạo, đồng thời thúc đẩy sự phát triển quy mô lớn của các nguồn năng lượng này. Ví dụ, công nghệ “chuyển đổi điện thành khí” đang được chính phủ Đức thúc đẩy là sản xuất hydro để lưu trữ điện năng sạch như điện gió và điện mặt trời, những nguồn điện không thể sử dụng ngay lập tức, và vận chuyển hydro đi xa để sử dụng hiệu quả hơn. Ngoài trạng thái khí, hydro cũng có thể tồn tại ở dạng hydrua lỏng hoặc rắn, với nhiều phương thức lưu trữ và vận chuyển khác nhau. Là một nguồn năng lượng “kết nối” hiếm có, năng lượng hydro không chỉ có thể thực hiện chuyển đổi linh hoạt giữa điện và hydro, mà còn có thể xây dựng một “cầu nối” để kết nối điện, nhiệt, lạnh và thậm chí cả nhiên liệu rắn, khí và lỏng, nhằm xây dựng một hệ thống năng lượng sạch và hiệu quả hơn.
Các dạng năng lượng hydro khác nhau có nhiều kịch bản ứng dụng. Đến cuối năm 2020, số lượng xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro trên toàn cầu sẽ tăng 38% so với năm trước. Ứng dụng quy mô lớn của năng lượng hydro đang dần mở rộng từ lĩnh vực ô tô sang các lĩnh vực khác như vận tải, xây dựng và công nghiệp. Khi được ứng dụng vào vận tải đường sắt và tàu thủy, năng lượng hydro có thể giảm sự phụ thuộc của vận tải đường dài và tải trọng lớn vào nhiên liệu dầu khí truyền thống. Ví dụ, đầu năm ngoái, Toyota đã phát triển và giao lô hệ thống pin nhiên liệu hydro đầu tiên cho tàu biển. Ứng dụng vào phát điện phân tán, năng lượng hydro có thể cung cấp điện và nhiệt cho các tòa nhà dân cư và thương mại. Năng lượng hydro cũng có thể trực tiếp cung cấp nguyên liệu thô hiệu quả, chất khử và nguồn nhiệt chất lượng cao cho các ngành công nghiệp hóa dầu, sắt thép, luyện kim và các ngành công nghiệp hóa chất khác, giúp giảm thiểu hiệu quả lượng khí thải carbon.
Tuy nhiên, là một loại năng lượng thứ cấp, năng lượng hydro không dễ khai thác. Hydro chủ yếu tồn tại trong nước và nhiên liệu hóa thạch dưới dạng các hợp chất trên trái đất. Hầu hết các công nghệ sản xuất hydro hiện có đều dựa vào năng lượng hóa thạch và không thể tránh khỏi phát thải carbon. Hiện nay, công nghệ sản xuất hydro từ năng lượng tái tạo đang dần hoàn thiện, và hydro không phát thải carbon có thể được sản xuất từ việc phát điện bằng năng lượng tái tạo và điện phân nước. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu các công nghệ sản xuất hydro mới, chẳng hạn như quang phân nước bằng năng lượng mặt trời để sản xuất hydro và sinh khối để sản xuất hydro. Công nghệ sản xuất hydro hạt nhân do Viện Năng lượng hạt nhân và Công nghệ năng lượng mới của Đại học Thanh Hoa phát triển dự kiến sẽ bắt đầu trình diễn trong 10 năm tới. Ngoài ra, chuỗi công nghiệp hydro cũng bao gồm các khâu lưu trữ, vận chuyển, nạp, ứng dụng và các khâu khác, cũng đang phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật và hạn chế về chi phí. Lấy ví dụ về lưu trữ và vận chuyển, hydro có mật độ thấp và dễ bị rò rỉ ở nhiệt độ và áp suất bình thường. Tiếp xúc lâu dài với thép sẽ gây ra hiện tượng “giòn hydro” và làm hư hại thép. Việc lưu trữ và vận chuyển khó khăn hơn nhiều so với than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên.
Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang tích cực nghiên cứu về hydro trên mọi khía cạnh, chỉ còn phải vượt qua những khó khăn kỹ thuật. Với sự mở rộng liên tục quy mô sản xuất, lưu trữ và vận chuyển năng lượng hydro, chi phí năng lượng hydro cũng có tiềm năng giảm mạnh. Nghiên cứu cho thấy, tổng chi phí chuỗi ngành công nghiệp năng lượng hydro dự kiến sẽ giảm một nửa vào năm 2030. Chúng ta kỳ vọng xã hội hydro sẽ phát triển nhanh chóng hơn nữa.
Thời gian đăng bài: 30/03/2021