Việc lạm dụng nhiên liệu hóa thạch làm phát thải lượng lớn khí carbon, gây ra biến đổi khí hậu và tăng nhiệt độ toàn cầu, Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) nhận định. Do đó, nhu cầu chuyển dịch sang sử dụng năng lượng sạch và tái tạo là cấp thiết, trong đó hydrogen xanh là một giải pháp tiềm năng.
1. Giới thiệu chung về Hydrogen xanh
Việc lạm dụng nhiên liệu hóa thạch làm phát thải lượng lớn khí carbon, gây ra biến đổi khí hậu và tăng nhiệt độ toàn cầu, Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) nhận định. Do đó, nhu cầu chuyển dịch sang sử dụng năng lượng sạch và tái tạo là cấp thiết, trong đó hydrogen xanh là một giải pháp tiềm năng.
Bản thân hydro là một nguồn nhiên liệu đốt sạch, không chứa carbon. Nhưng quá trình sản xuất khí này thường sử dụng nhiên liệu giàu carbon như khí đốt tự nhiên và than đá. 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(1)
Hydrogen xanh, được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước, sử dụng năng lượng tái tạo như mặt trời hoặc gió, không tạo ra khí thải carbon trong quá trình sản xuất. Hiện nay, hydrogen xanh được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thép, tổng hợp amoniac sản xuất phân bón, vận tải đường bộ cho xe tải hạng nặng, và cả trong vận tải biển và hàng không để sản xuất nhiên liệu tổng hợp.
Theo Hydrogen Council, hydrogen xanh có thể đáp ứng khoảng 18% nhu cầu năng lượng toàn cầu, giúp giảm tới 80 gigaton CO2 đến năm 2050, tương ứng 6 tỷ tấn CO2 hàng năm. Hydrogen xanh đang đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu về khí hậu và tạo ra một tương lai bền vững hơn.
2. Sự phát triển của ngành công nghiệp Hydrogen xanh
Năm 2022, lượng hydro xanh chỉ chiếm dưới 1% tổng sản lượng hydrogen toàn cầu. Thế nhưng đã có hơn 684 dự án sản xuất hydro xanh lớn với tổng giá trị đầu tư lên đến 240 tỷ đô la đã được lên kế hoạch, trong đó châu Âu dẫn đầu với 314 dự án, tiếp theo là khu vực châu Á và Trung Quốc với 185 dự án, Bắc Mỹ có 105 dự án. Sự phân bố này cho thấy mức độ quan tâm đối với hydrogen xanh đang lan rộng trên toàn cầu với các khu vực khác nhau hướng tới việc phát triển một nền kinh tế bền vững và tăng cường an ninh năng lượng cho các quốc gia.
Ngành công nghiệp Hydrogen xanh đang chứng kiến sự tăng trưởng bùng nổ trên toàn cầu, dự kiến sẽ đạt 110 triệu tấn vào năm 2050, tăng từ 3 triệu tấn vào năm 2021, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA). Điều này chủ yếu là do nhu cầu ngày càng tăng đối với các nguồn năng lượng tái tạo và bền vững để chống lại biến đổi khí hậu. Tốc độ tăng trưởng ấn tượng này được thúc đẩy bởi sự hỗ trợ từ chính phủ qua trợ cấp, ưu đãi thuế và đầu tư vào nghiên cứu và phát triển. Điều này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp mà còn thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và cơ sở hạ tầng cần thiết.
Ngoài ra, chi phí sản xuất hydrogen xanh đã giảm đáng kể, dự kiến sẽ giảm nhanh chóng xuống còn khoảng 2 đô la Mỹ/kg, trở nên cạnh tranh về giá thành trong nhiều ứng dụng.
Các tiến bộ trong công nghệ sản xuất, cùng với quy mô sản xuất lớn hơn và sự tăng cường cạnh tranh trong ngành công nghiệp, đã giúp giảm chi phí sản xuất đáng kể, từ đó làm cho hydrogen xanh trở nên hấp dẫn hơn đối với các nhà đầu tư và người tiêu dùng.
Công nghệ vận chuyển hydrogen cũng đang phát triển, bao gồm sử dụng đường ống dẫn, tàu chở hydrogen và các trạm tiếp nhiên liệu. Các công nghệ này đang được nghiên cứu và phát triển để tạo điều kiện cho việc vận chuyển hydrogen một cách an toàn và hiệu quả nhất có thể trong tương lai gần.
Một số quốc gia đang dẫn đầu trong việc sản xuất và sử dụng Hydrogen xanh bao gồm Nhật Bản, Liên minh châu Âu, Trung Quốc và Hoa Kỳ. Nhật Bản, quốc gia đầu tiên trên thế giới đưa ra chiến lược Hydrogen xanh quốc gia vào năm 2017, đặt mục tiêu đạt 3,7 triệu tấn vào năm 2030 và 20 triệu tấn vào năm 2050. Châu Âu đặt mục tiêu sản xuất 1 triệu tấn vào năm 2024 và 10 triệu tấn vào năm 2030. Trung Quốc và Hoa Kỳ cũng đang nhanh chóng phát triển trong lĩnh vực này với các mục tiêu sản xuất lớn. Ngoài ra, các quốc gia khác như Hàn Quốc, Úc, Canada và Na Uy cũng đang triển khai các chương trình Hydrogen xanh tham vọng.
3. Ứng dụng và tiềm năng của Hydrogen xanh
Hydrogen xanh có tiềm năng trở thành một ngành công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu và đóng góp đáng kể vào việc giảm thiểu khí thải nhà kính. Sự phát triển bền vững Hydrogen xanh có nhiều ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
3.1. Trong ngành công nghiệp ô tô và vận tải:
Hydrogen xanh có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho xe cơ giới, thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Xe chạy bằng Hydrogen xanh thải ra nước thay vì khí thải độc hại, giúp cải thiện chất lượng không khí và giảm thiểu khí thải nhà kính.
Một số lợi ích của việc sử dụng Hydrogen xanh trong ngành công nghiệp ô tô và vận tải bao gồm:
- Giảm ô nhiễm: Xe chạy bằng Hydrogen xanh không thải ra khí thải độc hại, giúp cải thiện chất lượng không khí và giảm thiểu khí thải nhà kính.
- Tăng hiệu suất: Xe chạy bằng Hydrogen xanh có hiệu quả hơn xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, nghĩa là chúng có thể đi xa hơn với cùng một lượng nhiên liệu.
- Giảm tiếng ồn: Xe chạy bằng Hydrogen xanh êm ái hơn xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch.
HyDeal España là một dự án Hydrogen xanh quy mô lớn ở Tây Ban Nha. Dự án này có mục tiêu sản xuất 350.000 tấn Hydrogen xanh mỗi năm vào năm 2030. Hydrogen xanh sẽ được sử dụng để vận tải, sản xuất thép và sản xuất điện.
Mặc dù Hydrogen xanh hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho ngành giao thông vận tải, song việc áp dụng rộng rãi vẫn còn gặp một số thách thức đáng kể.
Về mặt chi phí, sản xuất và lưu trữ Hydrogen xanh hiện nay vẫn tốn kém hơn so với các nhiên liệu hóa thạch. Nguyên nhân chính nằm ở giá thành cao của nguyên liệu đầu vào, quy trình sản xuất phức tạp và công nghệ lưu trữ chưa hoàn thiện. Để khắc phục vấn đề này, cần có những nỗ lực nhằm cải tiến công nghệ, giảm chi phí sản xuất và áp dụng các chính sách hỗ trợ phù hợp. Ví dụ, chính phủ có thể trợ cấp cho các dự án nghiên cứu phát triển, cung cấp ưu đãi thuế cho các nhà đầu tư và xây dựng cơ sở hạ tầng hỗ trợ.
Hạ tầng trạm nạp Hydrogen xanh hiện tại còn thiếu hụt so với nhu cầu sử dụng, đặc biệt là ở các khu vực ngoại ô và nông thôn. Việc xây dựng và vận hành trạm nạp cũng gặp nhiều rào cản do chi phí cao, quy định phức tạp và thủ tục hành chính rườm rà. Để giải quyết vấn đề này, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa chính phủ, doanh nghiệp và cộng đồng. Các chính sách khuyến khích đầu tư, đơn giản hóa thủ tục hành chính và áp dụng các mô hình kinh doanh sáng tạo sẽ góp phần thúc đẩy phát triển mạng lưới trạm nạp hiệu quả.
Nhận thức của người tiêu dùng về Hydrogen xanh còn hạn chế, dẫn đến tâm lý e dè và lo ngại khi sử dụng. Một số hiểu lầm phổ biến về tính an toàn, hiệu suất và tính tiện dụng của Hydrogen xanh cần được giải tỏa thông qua các chiến dịch truyền thông, chương trình giáo dục và trải nghiệm thực tế. Việc phổ biến kiến thức về lợi ích thiết thực của Hydrogen xanh.
3.2. Trong việc lưu trữ năng lượng.
Hydrogen xanh có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Năng lượng tái tạo có thể được sử dụng để sản xuất Hydrogen xanh, sau đó Hydrogen xanh có thể được lưu trữ và sử dụng khi cần thiết.
NEOM là một thành phố thông minh đang được xây dựng ở Saudi Arabia. Thành phố này sẽ được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng Hydrogen xanh, được sản xuất từ năng lượng mặt trời và gió. Dự án NEOM có tiềm năng trở thành một mô hình cho các cộng đồng sử dụng Hydrogen xanh trên toàn thế giới.
Việc lưu trữ năng lượng tái tạo bằng Hydrogen xanh đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết một số thách thức liên quan đến việc sử dụng năng lượng tái tạo, trong đó có sự gián đoạn của năng lượng tái tạo do ảnh hưởng của thời tiết và điều kiện tự nhiên khác. Hydrogen xanh có thể giải quyết vấn đề này bằng cách lưu trữ năng lượng tái tạo khi nó được sản xuất và sau đó sử dụng khi cần thiết. Điều này giúp tăng tính liên tục và đáng tin cậy của nguồn cung cấp năng lượng.
Thêm vào đó, sự phát triển nhanh chóng của năng lượng tái tạo cũng tạo ra áp lực lớn cho lưới điện hiện có. Hydrogen xanh cung cấp giải pháp bằng cách lưu trữ năng lượng dư thừa và giải phóng vào lưới điện khi cần thiết, giúp cân bằng cung và cầu, giảm thiểu rủi ro của quá tải lưới điện và tăng tính linh hoạt của hệ thống năng lượng.
3.3. Trong sản xuất hóa chất
Hydrogen xanh có thể được sử dụng để sản xuất amoniac, vốn là nguyên liệu đầu vào cho phân bón và nhiều sản phẩm hóa chất quan trọng khác. Việc thay thế amoniac sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch bằng Hydrogen xanh sẽ giúp giảm thiểu đáng kể lượng khí thải nhà kính.
Methanol, một sản phẩm khác từ Hydrogen xanh, có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho xe buýt, xe tải và thậm chí cả máy bay. Methanol cũng là nguyên liệu đầu vào cho nhiều sản phẩm hóa chất quan trọng như nhựa và formaldehyde.
Công ty HyEurope đang xây dựng nhà máy sản xuất Hydrogen xanh 200 MW tại Na Uy, dự kiến cung cấp amoniac xanh cho ngành hàng hải và sản xuất phân bón.
Công ty Fortescue Future Industries thực hiện dự án Hydrogen xanh 1,5 GW tại Tasmania, Úc, với mục tiêu sản xuất amoniac xanh, methanol xanh và nhiên liệu tổng hợp cho thị trường xuất khẩu.
3.4. Trong khai thác nông nghiệp:
Hydrogen xanh có thể được sử dụng để sản xuất phân bón xanh, thay thế cho phân bón hóa học truyền thống có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Phân bón xanh giúp cải thiện chất lượng đất, tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hydrogen xanh cũng có thể được sử dụng để khử muối nước biển, tạo nguồn nước tưới cho các khu vực khô hạn.
Công ty Bosch đã phát triển hệ thống điện phân chạy bằng năng lượng mặt trời để sản xuất Hydrogen xanh tại các trang trại, cung cấp nguyên liệu cho sản xuất phân bón xanh và khử muối nước biển. Hay như Dự án H2Agri là sự hợp tác giữa Pháp và Maroc để sản xuất Hydrogen xanh sử dụng cho sản xuất phân bón xanh và tưới tiêu nông nghiệp.
3.5. Trong lĩnh vực hàng không:
Hydrogen xanh được xem là nhiên liệu hàng không tiềm năng, hứa hẹn thay thế cho nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường nặng nề. Máy bay sử dụng Hydrogen xanh sẽ thải ra nước thay vì khí CO2, góp phần bảo vệ bầu khí quyển.
Việc ứng dụng Hydrogen xanh trong lĩnh vực hàng không sẽ thúc đẩy sự phát triển của các loại máy bay mới, thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu quả hoạt động của ngành hàng không.
Công ty Airbus hợp tác với các đối tác để phát triển máy bay chở khách sử dụng Hydrogen xanh, dự kiến ra mắt vào năm 2035.
4. Lợi ích của việc phát triển nền kinh tế Hydrogen xanh
Việc phát triển nền kinh tế hydrogen mang lại nhiều lợi ích đa chiều.
- Sạch và Bền vững: Trong bối cảnh ngày càng nhiều quốc gia đặt mục tiêu giảm lượng khí thải carbon để đối phó với biến đổi khí hậu, hydrogen trở thành một lựa chọn hấp dẫn. Ví dụ, nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Năng lượng Solar và Năng lượng Mặt trời (IRENA) chỉ ra rằng sử dụng hydrogen có thể giảm lượng khí thải carbon lên đến 6 gigaton mỗi năm vào năm 2050, nếu nó được sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo. Điều này có thể góp phần quan trọng vào mục tiêu giảm lượng khí thải toàn cầu. Phát triển nền kinh tế Hydrogen thúc đẩy việc giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí nhập khẩu năng lượng cho các quốc gia, đến việc giảm rủi ro về biến động giá và tăng cường an ninh năng lượng.
- Phát triển Công nghiệp mới: Việc phát triển công nghiệp hydrogen không chỉ tạo ra cơ hội cho các công ty trong ngành năng lượng mà còn mở ra cơ hội cho các doanh nghiệp trong các lĩnh vực khác. Ví dụ, sản xuất các thành phần và thiết bị cho hạ tầng hydrogen, như bộ chuyển đổi năng lượng và pin, có thể tạo ra cơ hội cho các nhà sản xuất và nhà cung cấp vật liệu công nghệ cao. Đồng thời, xây dựng và vận hành các trạm nạp hydrogen cũng tạo ra việc làm trong lĩnh vực xây dựng và vận hành hạ tầng.
- Đa dạng hóa nguồn năng lượng: Sự đa dạng hóa nguồn năng lượng giúp giảm rủi ro cho nền kinh tế. Khi một quốc gia hoặc khu vực phụ thuộc quá nhiều vào một nguồn năng lượng cụ thể, như dầu mỏ hoặc khí đốt, bất kỳ sự biến động nào trên thị trường có thể gây ra rối loạn trong cung cấp năng lượng và tăng chi phí đối với người tiêu dùng. Hydrogen có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau như nước, năng lượng nguyên tử, hoặc khí tự nhiên, tạo ra sự linh hoạt trong việc cung cấp năng lượng và giúp ổn định hệ thống năng lượng.
- Phát triển Thị trường Xe ô tô Hydro: Thị trường xe ô tô chạy bằng hydrogen đang trở thành một thị trường tiềm năng lớn với sự phát triển của công nghệ fuel cell và hạ tầng nạp hydrogen. Dự báo cho thấy thị trường này có thể đạt trị giá hàng tỷ USD trong vài năm tới. Sử dụng xe ô tô chạy bằng hydro fuel cell có thể giúp giảm phát thải khí nhà kính và giảm rủi ro về nguồn cung cấp năng lượng. Ví dụ, Toyota đã phát triển và triển khai thành công mô hình xe chạy bằng hydro fuel cell như Toyota Mirai, góp phần thúc đẩy sự phát triển của thị trường này.
5. Cơ hội cho các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu tham gia vào sự phát triển của ngành công nghiệp này.
Cơ hội cho các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu tham gia vào sự phát triển của ngành công nghiệp Hydrogen xanh là rất lớn, bao gồm các khía cạnh sau:
- Nghiên cứu và Phát triển (R&D): Việc đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydrogen xanh là cần thiết. Các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu có thể tham gia vào việc phát triển công nghệ mới, nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và tăng tính ổn định của ngành.
- Xây dựng hạ tầng và cung cấp dịch vụ: Có cơ hội cho các doanh nghiệp tham gia vào việc xây dựng và vận hành hạ tầng lưu trữ, vận chuyển và phân phối hydrogen xanh. Điều này bao gồm việc xây dựng các trạm nạp hydro, hệ thống đường ống và cơ sở hạ tầng cần thiết khác để hỗ trợ sự phát triển của ngành.
- Sản xuất và cung cấp thiết bị và công nghệ: Có cơ hội lớn cho các doanh nghiệp sản xuất và cung cấp thiết bị và công nghệ liên quan đến việc sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydrogen xanh. Điều này có thể bao gồm các thiết bị điện phân, thiết bị lưu trữ và cung cấp hydro, hệ thống đo lường và kiểm soát, cũng như các giải pháp kỹ thuật khác.
- Phát triển ứng dụng và giải pháp tiên tiến: Các doanh nghiệp có thể phát triển các ứng dụng và giải pháp tiên tiến sử dụng hydrogen xanh trong các lĩnh vực khác nhau như giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp và năng lượng tái tạo. Ví dụ, phát triển xe chạy bằng hydrogen, hệ thống lưu trữ năng lượng và các ứng dụng công nghệ xanh khác là các cơ hội hấp dẫn.
- Dịch vụ tư vấn và hỗ trợ chuyển đổi: Các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ tư vấn và hỗ trợ chuyển đổi có cơ hội tham gia vào ngành công nghiệp hydrogen xanh. Các dịch vụ này có thể bao gồm tư vấn về chiến lược, quản lý dự án, hợp đồng, quy trình kỹ thuật và tuân thủ quy định.
- Đầu tư và hợp tác liên ngành: Các doanh nghiệp có thể tìm kiếm cơ hội đầu tư và hợp tác liên ngành trong ngành công nghiệp hydrogen xanh. Điều này có thể bao gồm việc hợp tác với các công ty năng lượng tái tạo, các nhà sản xuất ô tô, các nhà đầu tư cơ sở hạ tầng và các tổ chức nghiên cứu để phát triển và triển khai các dự án và giải pháp mới.
Những cơ hội này mở ra một không gian rộng lớn cho sự sáng tạo và tăng trưởng trong một ngành công nghiệp đang trên đà phát triển mạnh mẽ.
Trong bối cảnh đối mặt với những thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu và cạn kiệt tài nguyên, việc phát triển nền kinh tế Hydrogen xanh đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một tương lai bền vững và sạch hơn. Sử dụng hydrogen xanh là một phương tiện hiệu quả để giảm khí thải carbon và ô nhiễm không khí. Hydrogen được sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo không chỉ giảm thiểu lượng khí thải carbon mà còn không tạo ra các chất gây ô nhiễm như NOx hay hạt bụi. Hydrogen xanh giúp đa dạng hóa nguồn cung năng lượng bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như gió, nắng và nước. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch, tăng tính ổn định và an ninh năng lượng cho các quốc gia và khu vực.
Ngành công nghiệp hydrogen xanh tạo ra cơ hội hợp tác quốc tế trong việc phát triển và triển khai các dự án năng lượng tái tạo. Hợp tác này không chỉ giúp chia sẻ kinh nghiệm và công nghệ mà còn tạo ra các liên kết kinh tế và chính trị xuyên biên giới. Phát triển ngành công nghiệp hydrogen xanh tạo ra cơ hội việc làm mới trong các lĩnh vực sản xuất, công nghệ, vận tải và dịch vụ. Điều này góp phần vào việc tạo ra sự phát triển kinh tế và cải thiện chất lượng cuộc sống cho cộng đồng. Đây cũng là một bước tiến quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu phát triển bền vững toàn cầu, bao gồm giảm biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển kinh tế và xã hội bền vững cho tất cả mọi người.
Reference:
- World Economic Forum. 2021. What is green hydrogen and why do we need it? An expert explains.
- McKinsey. (n.a). Hydrogen’s potential in the net-zero transition
- IIASA. 2012. Global Energy Assessment Technical Summary
