Hydro xanh và triển vọng khử carbon tại nền kinh tế lớn châu Á

Hydro xanh đang nổi lên như một trụ cột chiến lược trong cuộc cách mạng năng lượng, không chỉ hứa hẹn tái định hình chuỗi cung ứng nhiên liệu mà còn mở ra những lộ trình mới cho công nghiệp hóa bền vững toàn cầu. Nguồn: The Economics Times

Khủng hoảng khí hậu đang tái định hình những giới hạn phát triển toàn cầu và thách thức lớn nhất không còn nằm ở việc mở rộng năng lượng tái tạo cho các lĩnh vực dễ điện khí hóa, mà chính là khử carbon ở những ngành công nghiệp “khó giảm phát thải” nhất như: thép, xi măng, hóa chất.

Đây là những lĩnh vực cấu thành nền tảng vật chất của mọi nền kinh tế hiện đại, đồng thời lại gắn chặt với các quy trình công nghệ dựa trên nhiên liệu hóa thạch. Chính vì thế, việc chuyển đổi ở những ngành này không chỉ đòi hỏi đổi mới công nghệ, mà còn đặt ra câu hỏi căn bản về mô hình công nghiệp hóa trong thế kỷ XXI.

Trong bức tranh đó, hydro xanh nổi lên như một giải pháp chiến lược. Khả năng thay thế than cốc trong luyện kim, khí tự nhiên trong sản xuất hóa chất, hay nhiên liệu truyền thống trong vận tải biển và hàng không cho thấy hydro xanh có thể trở thành “cầu nối công nghệ” giữa quá khứ phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch và tương lai trung hòa carbon.

NGUỒN NĂNG LƯỢNG THAY THẾ, TRỤ CỘT BỔ SUNG CHO CHIẾN LƯỢC CHUYỂN DỊCH NĂNG LƯỢNG

Hydro xanh, hay còn gọi là hydro tái tạo được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước (electrolysis), trong đó điện năng đến từ các nguồn năng lượng tái tạo như gió hoặc mặt trời.

Về nguyên lý, hydro xanh khác biệt căn bản so với các dạng hydro truyền thống: hydro xám (grey hydrogen)- vốn chiếm phần lớn trên thị trường hiện nay được tạo ra từ khí tự nhiên mà không đi kèm công nghệ xử lý phát thải; và hydro nâu (brown hydrogen), được sản xuất từ than đá, thậm chí còn gây phát thải cao hơn.

So với hai dạng này, hydro xanh có ưu thế vượt trội: gần như không phát thải khí nhà kính trong toàn bộ vòng đời sản xuất, từ khai thác nguyên liệu, vận hành, cho tới sử dụng cuối cùng.

Hydro xanh được coi là một nhiên liệu có mật độ năng lượng cao, đủ khả năng thay thế than cốc trong luyện thép, khí tự nhiên trong công nghiệp hóa chất, hay dầu mỏ trong vận tải biển và hàng không.

Quan trọng hơn, hydro xanh mang lại một giải pháp cho những lĩnh vực khó điện khí hóa trực tiếp- tức những ngành mà việc thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng điện từ gió hoặc mặt trời gần như bất khả thi do đặc thù công nghệ.

Điều này khiến hydro xanh không chỉ là một nguồn năng lượng thay thế, mà còn là trụ cột bổ sung cho chiến lược chuyển dịch năng lượng toàn diện.

Quy trình sản xuất Hydro xanh: Tách các phân tử nước thông qua quá trình điện phân, trong đó điện năng sử dụng hoàn toàn từ các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời, tạo ra nhiên liệu khí sạch với phát thải gần như bằng không. Nguồn: Ormazabal

Tuy nhiên, triển vọng rộng mở ấy vẫn bị giới hạn bởi 3 rào cản lớn, theo Energy Tracker. Thứ nhất, chi phí sản xuất cao bởi giá thành hydro xanh phụ thuộc trực tiếp vào chi phí điện tái tạo và công nghệ điện phân. Mặc dù chi phí này có xu hướng giảm nhanh trong thập kỷ qua nhưng hydro xanh vẫn chưa thể cạnh tranh về giá so với hydro xám hoặc các nhiên liệu hóa thạch truyền thống.

Thứ hai, vấn đề khó khăn trong lưu trữ và vận chuyển bởi Hydro có mật độ khối lượng thấp, dễ bay hơi và dễ cháy nổ. Điều này đòi hỏi các công nghệ chuyên biệt để nén, làm lạnh hoặc chuyển hóa thành các hợp chất dẫn xuất (ví dụ: amoniac xanh) trước khi vận chuyển, làm gia tăng chi phí và rủi ro.

Thứ ba, hạ tầng chưa đồng bộ khi sự thiếu vắng một hệ sinh thái toàn diện, từ sản xuất, phân phối cho đến ứng dụng công nghiệp, khiến hydro xanh khó phát huy quy mô kinh tế. Các quốc gia tiên phong hiện vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm, trong khi đầu tư vào hạ tầng lưu trữ và phân phối còn rất hạn chế.

Những đặc điểm trên cho thấy hydro xanh không chỉ là một sản phẩm công nghệ, mà là một đột phá mang tính hệ thống. Nó đặt ra yêu cầu tái cấu trúc toàn bộ chuỗi cung ứng năng lượng, từ đầu tư vào năng lượng tái tạo, phát triển công nghệ điện phân quy mô lớn, cho tới thiết kế cơ chế thị trường và khung pháp lý hỗ trợ.

Chính sự gắn kết liên ngành này lý giải vì sao hydro xanh thường được gọi là “nhiên liệu của quá trình chuyển dịch”, đóng vai trò then chốt trong kết nối mục tiêu trung hòa carbon với chiến lược tăng trưởng kinh tế dài hạn.

TIỀM NĂNG TẠI 4 NỀN KINH TẾ LỚN CHÂU Á

Một báo cáo của Ủy ban Cấp cao về Châu Á đạt phát thải ròng bằng 0 phối hợp cùng Asia Society Policy Institute đã nhấn mạnh tiềm năng to lớn của hydro xanh trong việc khử carbon ngành thép- một trong những trụ cột gây phát thải lớn nhất toàn cầu.

Điều đáng lưu ý là 4 nền kinh tế hàng đầu châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và Hàn Quốc) hiện không chỉ dẫn đầu thế giới về sản lượng thép, mà còn định hình cán cân cung–cầu và tiêu chuẩn công nghệ của ngành.

Do đó, quyết định chuyển đổi sang hydro xanh tại những quốc gia này không đơn thuần là một lựa chọn kỹ thuật, mà là một động thái có thể tái cấu trúc địa kinh tế của toàn bộ thị trường thép toàn cầu, đồng thời định hình tốc độ và quy mô của quá trình chuyển dịch năng lượng trong khu vực châu Á – Thái Bình Dương.

Trung Quốc hiện chiếm hơn một nửa sản lượng thép toàn cầu, đồng nghĩa với việc các quyết sách về năng lượng và công nghệ của Bắc Kinh có thể tái định hình toàn bộ cấu trúc phát thải của ngành luyện kim thế giới. Với lợi thế vượt trội về năng lượng gió và mặt trời, đặc biệt tại các khu vực nhiều tiềm năng như Nội Mông và Tân Cương, Trung Quốc đang từng bước thử nghiệm các dự án hydro xanh quy mô thí điểm.

Thách thức của Trung Quốc không nằm ở năng lực công nghệ đơn thuần, mà ở khả năng tích hợp hydro xanh vào một hệ sinh thái công nghiệp nặng vốn phụ thuộc sâu sắc vào than đá. Việc chuyển đổi này đòi hỏi không chỉ cải cách công nghệ mà còn cả cơ chế thị trường và chính sách công nghiệp, nhằm đảm bảo rằng hydro xanh có thể cạnh tranh với nguồn năng lượng truyền thống vốn được trợ cấp mạnh.

Năm 2023, Tập đoàn Dầu khí và Hóa chất Trung Quốc (Sinopec) thông báo dự án thí điểm Hydro xanh tại thành phố Kuqa, Khu tự trị Duy Ngô Nhĩ Tân Cương là dự án điện mặt trời chuyển hóa thành hydro lớn nhất thế giới đã chính thức đi vào vận hành. Nguồn: Hydrogen Tech World

Trong khi đó, Ấn Độ đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa nhanh chóng, với nhu cầu thép dự báo tăng gấp nhiều lần trong thập kỷ tới. Nhận thức được nguy cơ phát thải, chính phủ đã khởi động Chương trình quốc gia về hydro xanh (NGHM) (2023), đặt mục tiêu sản xuất 5 triệu tấn hydro xanh mỗi năm vào 2030- một trong những cam kết tham vọng nhất toàn cầu.

Tuy nhiên, lưới điện quốc gia vẫn phụ thuộc nặng nề vào than đá, vốn chiếm hơn 70% sản lượng điện. Nghịch lý ở đây là: để sản xuất hydro xanh với chi phí hợp lý, Ấn Độ cần mở rộng năng lượng tái tạo nhanh hơn nhiều so với hiện tại. Nếu không, hydro xanh sẽ rơi vào thế tiến thoái lưỡng nan: hoặc quá đắt để cạnh tranh, hoặc Greenwashing khi điện tái tạo bị thay thế bởi điện than trong sản xuất.

Nhật Bản là một trong những quốc gia tiên phong trên thế giới trong lĩnh vực hydro, khi đã mở cảng tiếp nhận hydro hóa lỏng đầu tiên vào năm 2020. Chiến lược Chuyển đổi Xanh (GX) xác định hydro là trụ cột để đạt mục tiêu trung hòa carbon, song thực tế lại nghiêng nhiều về nhập khẩu hydro xanh và phát triển công nghệ chuyển hóa hydro thành amoniac xanh để đồng đốt với than trong các nhà máy nhiệt điện.

Hạn chế lớn của Nhật Bản nằm ở điều kiện tự nhiên: diện tích hạn chế và nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo trong nước còn khiêm tốn, buộc Tokyo phải xây dựng một chiến lược năng lượng liên kết xuyên quốc gia, phụ thuộc vào nguồn cung từ nước ngoài. Điều này khiến Nhật Bản dễ bị chi phối bởi yếu tố địa chính trị và biến động chuỗi cung ứng toàn cầu.

Còn với Hàn Quốc, quốc gia này đặt tham vọng xây dựng một hệ sinh thái hydro sạch quy mô lớn, nhưng trọng tâm lại là hydro xanh lam (blue hydrogen) – sản xuất từ khí tự nhiên kết hợp công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS). Tuy nhiên, CCS vẫn chưa chứng minh được hiệu quả ở quy mô thương mại và chi phí còn rất cao.

Thành công của Hàn Quốc vì thế phụ thuộc vào khả năng chuyển hướng nhanh chóng sang hydro xanh thực sự, đồng thời mở rộng đầu tư vào năng lượng tái tạo trong nước – lĩnh vực hiện đang chậm so với tiềm năng.

Báo cáo của Asia Society Policy Institute dự báo thị trường thiết bị điện phân tại 4 nền kinh tế lớn châu Á có thể đạt 180 tỷ USD vào năm 2050, nếu được đầu tư và hỗ trợ chính sách đúng mức.

Đây không chỉ là cơ hội giảm phát thải, mà còn là một động lực công nghiệp mới, mở ra triển vọng cho ngành chế tạo thiết bị- từ công nghệ điện phân màng trao đổi proton (PEM) cho tới các hệ thống điện phân oxit rắn (SOE); xuất khẩu công nghệ và thiết bị- đặc biệt đối với Trung Quốc và Nhật Bản, vốn có năng lực sản xuất quy mô lớn và mạng lưới thương mại rộng và tạo việc làm chất lượng cao trong lĩnh vực kỹ thuật, nghiên cứu và vận hành hạ tầng năng lượng mới.

Đáng chú ý, các công ty Nhật Bản như Mitsui, Toyo Engineering và JERA đã triển khai dự án sản xuất hydro xanh và amoniac xanh tại Chile và Philippines. Đây là những ví dụ cho thấy một mạng lưới hợp tác xuyên quốc gia đang dần hình thành, trong đó châu Á nhập khẩu hydro xanh từ các khu vực giàu tiềm năng năng lượng tái tạo (Nam Mỹ, Đông Nam Á) để phục vụ quá trình chuyển dịch năng lượng.

Tuy vậy, một điểm đáng quan ngại là phần lớn chiến lược hydro hiện tại của Nhật Bản và Hàn Quốc vẫn dựa vào hydro xanh lam. Rủi ro cốt lõi nằm ở chỗ CCS là công nghệ chưa chứng minh được tính khả thi lâu dài và bền vững về kinh tế. Nếu CCS thất bại, hydro xanh lam sẽ không còn là bước chuyển đổi, mà trở thành hình thức trì hoãn khử carbon.

Huy Sơn