Hydro - nhiên liệu tương lai của thế giới

Nhiên liệu nhiều ưu điểm

Các chuyên gia tin rằng, giao thông vận tải sẽ là lĩnh vực có tốc độ chuyển đổi sang nhiên liệu hydro mạnh nhất dù lĩnh vực dân dụng và sản xuất cũng phải chuyển đổi theo xu hướng trên.
Cuối tháng 9 vừa qua, Tập đoàn Airbus (châu Âu) thông báo máy bay thương mại không phát thải carbon đầu tiên trên thế giới chạy bằng hydro do hãng sản xuất có thể cất cánh vào năm 2035. Hãng cho biết sẽ sản xuất 3 mẫu máy bay hoàn toàn mới, cả 3 đều chạy bằng hydro và chỉ thải ra hơi nước trong quá trình hoạt động.

Một mẫu xe hơi sử dụng nhiên liệu hydro.

Giám đốc điều hành của Airbus, Guillaume Faury chia sẻ với truyền thông: “Những ý tưởng chúng tôi tiết lộ cho thấy tham vọng của Airbus trong việc hướng đến một tương lai với các chuyến bay không phát thải. Tôi thực sự tin rằng nhiên liệu hydro có khả năng làm giảm đáng kể tác động của ngành hàng không tới khí hậu. Nếu trở thành hiện thực, đó sẽ là sự chuyển đổi quan trọng nhất mà hàng không thế giới từng chứng kiến”.
Cũng theo Faury, thời điểm có thể cất cánh (năm 2035), mẫu thứ nhất của hãng có thể chở tối đa 200 hành khách và tầm bay khoảng 3.700km khi nạp đầy nhiên liệu. Máy bay sẽ sử dụng thiết kế động cơ phản lực cánh quạt bao gồm các turbine khí chạy bằng hydro. Các thùng chứa nhiên liệu sẽ được đặt phía sau vách ngăn chịu áp suất ở đuôi máy bay. Mẫu thứ hai cũng sử dụng động cơ phản lực cánh quạt nhưng kích thước máy bay nhỏ hơn, có thể chở chỉ 100 hành khách và tầm bay là một nửa của mẫu 1. Với mẫu thứ ba, đó sẽ là máy bay có thân “đặc biệt rộng” (nguyên văn), nhờ đó sẽ có nhiều lựa chọn cho việc bố trí cabin và các thùng hydro. Quan trọng hơn, mẫu này có thể chở nhiều hành khách nhất và tầm bay xa nhất.
Airbus không quên lưu ý: Dù kế hoạch đã lên nhưng phải cần ít nhất 5 năm để hoàn thiện công nghệ trước khi bắt đầu sản xuất. Việc sử dụng hydro cũng đòi hỏi không ít thay đổi thiết kế vì không gian cần để chứa hydro lớn gấp 4 lần so với nhiên liệu hóa thạch ở cùng một mức năng lượng.
Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) ra tháng 6/2020, nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch (gốc dầu mỏ và than) đến năm 2050 sẽ giảm còn ít hơn 20%, nhu cầu điện sẽ tăng gấp hai lên tới trên 40% và nhu cầu các nhiên liệu thân thiện hơn như khí tự nhiên LNG, nhiên liệu sinh học và hydro sẽ đạt tỷ lệ gần 40%. Tuy đi sau Airbus nhưng Boeing (cũng là nhà sản xuất máy bay hàng đầu thế giới) đã đưa ra lộ trình công nghệ của hãng: Trong vòng 30 năm nữa sẽ thay thế hoàn toàn nhiên liệu máy bay bằng nhiên liệu hydro tổng hợp.
Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA), từ năm 2019, các phương tiện giao thông hạng nhẹ chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV) có nguồn gốc hydro cũng được dự báo sẽ tăng trưởng nhanh và sẽ đạt mức năng lượng khoảng 4 EJ/năm vào thời điểm năm 2050, tương đương với 4% lĩnh vực vận tải. EJ là đơn vị đo năng lượng, 1 EJ bằng một tỷ tỷ J (joule).
Chi phí nhiên liệu hydro sẽ giảm
Mặc dù hầu hết hydro hiện nay đang được sản xuất thông qua quá trình cải tạo (reforming) khí tự nhiên và khí hóa than với mức chi phí khoảng 1 - 1,5 USD/kg, nhưng công nghệ điện phân nước để tạo hydro ngày càng tỏ ra hứa hẹn và có tiềm năng giảm mạnh chi phí trong tương lai, theo IRENA. Hiện chi phí hydro điện phân nước đang ở mức 2,4 - 6,7 USD/kg.
Có ba công nghệ đang được áp dụng cho điện phân tạo hydro, bao gồm điện phân dung môi kiềm (Alkaline), điện phân màng trao đổi proton (PEM) và điện phân oxit rắn (SOEC). Hai công nghệ đầu đã được thương mại hóa, trong đó công nghệ điện phân kiềm đã hoàn thiện và đang chiếm lĩnh thị trường do suất đầu tư thấp. Công nghệ PEM, với lợi thế linh hoạt tương thích được nhiều nguồn điện tái tạo, đang có tốc độ phát triển khá nhanh và có giá thành tiệm cận gấp khoảng 1,6 lần so với công nghệ kiềm. SOEC, công nghệ thứ 3, dù có hiệu suất cao nhất nhưng đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển (R&D), chưa sẵn sàng cho thương mại hóa.

Tại châu Âu, một số ngành công nghiệp truyền thống như lọc dầu, thép, sản xuất hóa chất và phân phối khí đốt cũng đang thử nghiệm thay thế hydro carbon cao bằng hydro carbon thấp hoặc hydro tinh khiết. Các kết quả bước đầu cho thấy tính khả thi đáng kể và tương thích với cơ sở vật chất hiện có.

Quý Thụy