Con đường dẫn đến hydro xanh

Tiềm năng của hydro như một nguồn nhiên liệu sạch là rất lớn.

Suy cho cùng, khi đốt hydro trong pin nhiên liệu, sản phẩm phụ chính được tạo ra là hơi nước. Với số lượng vừa đủ, nhiên liệu hydro có thể cung cấp năng lượng cho lưới điện giúp đèn của bạn luôn sáng, sưởi ấm các tòa nhà nơi bạn làm việc và mua sắm, giảm đáng kể lượng khí thải carbon từ phương tiện của bạn và tiếp tục đóng vai trò là nguyên liệu quan trọng trong các ngành công nghiệp như hóa chất, sản xuất hóa dầu và thép mà tất cả chúng ta đều phụ thuộc vào.

Vì vậy, bạn có thể tự hỏi: Tại sao mọi người không thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng hydro?

Bản thân hydro là nguồn nhiên liệu đốt sạch, không chứa carbon. Nhưng nó thường được sản xuất bằng cách sử dụng nhiên liệu giàu carbon như khí đốt tự nhiên và than đá, trực tiếp hoặc là trong vai trò nguồn năng lượng được sử dụng để tạo ra lượng điện rất lớn tiêu thụ trong các phương pháp sản xuất sạch.

Theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, trong những năm gần đây, khoảng 6% khí tự nhiên toàn cầu và 2% than toàn cầu đã được sử dụng để sản xuất hydro. Theo báo cáo tương tự từ Diễn đàn Kinh tế Thế giới, tổng lượng khí thải CO₂ đạt khoảng 830 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm, tương đương với tổng lượng khí thải CO₂ của Vương quốc Anh và Indonesia.

Các phương pháp sản xuất hydro phổ biến nhất hiện nay được thiết kế mà không hướng tới đổi mới và các khía cạnh của tính bền vững. Mặt khác, hydro xanh thì có.

Hydro xanh là gì?

Để được coi là “xanh”, hydro phải được sản xuất không chỉ bằng quy trình không carbon mà còn phải sử dụng quy trình được cung cấp năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. 

Làm thế nào để sản xuất hydro xanh?

Phương pháp sản xuất hydro sạch nhất là điện phân, sử dụng máy điện phân chạy bằng điện để tách các phân tử nước (H₂O) thành hydro và oxy. Ngoài ra, độ tinh khiết của hydro quyết định vai trò của nó trong nền kinh tế hydro, vì vậy các tạp chất phải được loại bỏ khỏi hydro thông qua quá trình phân tách.

Trong một lớp học khoa học, có thể bạn đã thấy quá trình này diễn ra trong một máy điện phân quy mô nhỏ, được làm từ một cốc đầy nước, một vài dải kim loại hoặc dây nối với pin và hai ống nghiệm để thu thập hydro và oxy đã phân tách.

Ở quy mô công nghiệp, chỉ cần chọn năng lượng tái tạo để cung cấp năng lượng cho máy điện phân sẽ dẫn đến quy trình sản xuất hydro xanh.

Công dụng của hydro xanh là gì?

Hydro xanh có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng nào dựa vào hydro được sản xuất bằng các phương pháp truyền thống, sử dụng nhiều carbon. Điều đó có nghĩa là nó có thể giúp nhiều ngành công nghiệp và quy trình tiến tới mục tiêu trung hòa carbon bao gồm:

• Phát điện
• Vận chuyển
• Sản xuất dược phẩm
• Thanh lọc thủy tinh
• Lọc dầu
• Sản xuất chất bán dẫn

Những thách thức đối với sản xuất hydro xanh là gì?

Dù có tất cả những lợi thế như vậy nhưng có một vài trở ngại cần vượt qua trên con đường của chúng ta để sử dụng hydro xanh rộng rãi, khả thi về mặt kinh tế. Dưới đây là một số thách thức:

Điện phân là một quá trình tốn rất nhiều năng lượng.

Cho đến khi có được các nguồn năng lượng sạch có sẵn rộng rãi, đáng tin cậy và tiết kiệm, chi phí sản xuất hydro xanh ở quy mô lớn sẽ vẫn ở mức cao.

Quá trình điện phân cần nhiều nước.

Bạn cần một nguồn cung cấp nước đáng kể đáp ứng các tiêu chuẩn về độ tinh khiết nhất định, điều này có thể đặt ra những hạn chế về địa lý đối với vị trí của các cơ sở sản xuất hydro xanh.

Cần xây dựng cơ sở hạ tầng.

Mặc dù chúng tôi có cơ sở hạ tầng khí tự nhiên mạnh mẽ, nhưng không thể dễ dàng thay đổi mục đích vận chuyển. Hydro có xu hướng làm cho thép giòn và có thể bị gãy, vì vậy có thể sẽ cần các đường ống chuyên dụng.

Tác động dự kiến của hydro xanh đối với quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu là gì?

Theo Đánh giá Hydrogen Toàn cầu năm 2022 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, tổng nhu cầu hydro trên toàn thế giới đã đạt 94 triệu tấn vào năm 2021 và ước tính sẽ đạt 115 – 130 triệu tấn vào năm 2030. Đáp ứng nhu cầu trong tương lai với các phương pháp sản xuất hydro hiện có, mặc dù khả thi, không phải là một giải pháp bền vững.

Hydro xanh sẽ rất quan trọng trong việc thúc đẩy chuyển đổi năng lượng toàn cầu, đặc biệt là đối với các nguồn năng lượng:

• Chạy xe và máy bay
• Sưởi ấm nhà và văn phòng
• Phát điện
• Khử carbon các quy trình công nghiệp

Điều gì đang được thực hiện để thúc đẩy sản xuất hydro xanh?

Trong nỗ lực toàn cầu để chuyển đổi sang một tương lai ít carbon hơn, các kỹ sư của chúng tôi đã phát triển công nghệ màng phủ chất xúc tác (CCM) mới để sản xuất hydro xanh có thể giúp giảm chi phí sản xuất bằng cách cho phép hiệu suất điện phân cao hơn. Các màng phủ chất xúc tác này hiện đang được thử nghiệm với các nhà sản xuất thiết bị điện phân, nơi chúng cho phép hiệu suất điện phân cao hơn và mật độ dòng điện cao hơn bằng cách sử dụng công nghệ đột phá. 

Ngoài những sự phát triển về CCM, công nghệ lọc hydro của chúng tôi hoạt động ở áp suất cao từ các dòng quy trình chứa hydro để loại bỏ các chất gây ô nhiễm vi lượng như oxy, nước và nitơ. Điều này cho phép thu hồi hydro và nâng cấp lên độ tinh khiết hơn 99,9% để đáp ứng nhu cầu tinh chế.

Honeywell cũng đang nỗ lực hướng tới một tương lai hydro xanh thông qua một khoản đầu tư gần đây vào Electric Hydrogen, một công ty đang phát triển một thế hệ công nghệ máy điện phân thông lượng cao mới. Sự hợp tác của chúng tôi với Electric Hydrogen sẽ nâng cao hiểu biết của chúng tôi về ngành công nghiệp điện phân và hỗ trợ các nhu cầu trong tương lai với những đổi mới như màng phủ chất xúc tác.

Để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế hydro xanh, Hoa Kỳ gần đây đã thông qua Đạo luật Giảm Lạm phát năm 2022, bao gồm một loạt các ưu đãi nhằm hỗ trợ cơ sở hạ tầng nhiên liệu thay thế, các trung tâm hydro sạch trong khu vực và hơn thế nữa.

Cùng với các cơ quan chính phủ trên khắp thế giới và các công ty thuộc khu vực tư nhân khác, chúng tôi tập trung vào việc vượt qua những thách thức về sản xuất và vận chuyển hydro xanh trên con đường dẫn đến một nền kinh tế dựa trên hydro. Tìm hiểu thêm về những gì Honeywell đang làm để rút ngắn con đường của chúng ta dẫn đến tương lai của hydro xanh.