Ứng dụng của khí Hydro - Năng lượng sạch đột phá cho tương lai

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng, cùng với việc các tổ chức và doanh nghiệp “chạy đua” nhằm đạt mục tiêu net-zero, khí hydro (H2, hydrogen) - một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, đang dần trở thành “ngôi sao sáng” trong lĩnh vực năng lượng sạch. Với khả năng sản xuất năng lượng không thải ra carbon, hydro hứa hẹn sẽ là giải pháp đột phá giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

Các ứng dụng của khí hydro vô cùng đa dạng, từ xe ô tô chạy bằng pin nhiên liệu đến các hệ thống năng lượng tái tạo, và thậm chí là cung cấp nhiệt cho các tòa nhà. Bằng cách khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này, chúng ta có thể tiến gần hơn đến một tương lai bền vững và ít ô nhiễm hơn.

Trong bài viết được tổng hợp từ Linde dưới đây, KPTCHEM sẽ cùng bạn tìm hiểu nhiều hơn về các ứng dụng của khí hydro trong đời sống hiện đại.

Khí hydro: Năng lượng sạch đột phá cho tương lai xanh

Ngày nay, hydro được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp khác nhau thuộc các lĩnh vực như hóa chất, lọc dầu, hàng không vũ trụ, điện tử, kim loại và thủy tinh. Không những thế, khi khai thác hết tiềm năng của loại khí nhẹ này, phạm vi ứng dụng của nó sẽ mở rộng ra ngoài phạm vi sử dụng truyền thống, bao gồm việc tạo ra năng lượng tái tạo, hay giữ vai trò quan trọng trong việc khử cacbon trong giao thông vận tải.

Hydro là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, đang dần trở thành "ngôi sao sáng" trong lĩnh vực năng lượng sạch. Ảnh minh họa.

Giảm phát thải cacbon trong các ngành công nghiệp nặng bằng khí hydro

Theo một nghiên cứu của McKinsey vào năm 2022, ngành công nghiệp nặng chiếm 24% lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Trong đó, sản xuất thép và sản xuất hóa chất là hai ngành công nghiệp có quy trình sản xuất phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, đặt ra những thách thức cần khắc phục. Do đó, để đạt đươc mục tiêu giảm lượng khí thải cacbon ròng bằng 0, một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng khí hydro.

Công nghiệp thép

Sản xuất thép truyền thống đòi hỏi một lượng lớn năng lượng và nhiệt. Các chuyên gia thống kê cứ mỗi tấn thép được sản xuất sẽ tạo ra gần 2 tấn carbon dioxide được thải vào khí quyển.  Hiện nay, ngành công nghiệp thép chiếm khoảng 5% lượng khí thải CO2 toàn cầu, vì thế việc tìm cách giảm lượng khí thải là ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất thép.

Với việc sử dụng hydro làm nhiên liệu đốt, các nhà sản xuất thép đã tìm cách giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để giảm lượng khí thải. Cụ thể, khi đốt cháy hydro, nó phản ứng với oxy và được chuyển đổi trở lại thành nước. Vì thế, đây là một giải pháp đầy hứa hẹn có thể được sử dụng thay thể khí đốt tự nhiên để giảm đáng kể lượng khí thải cacbon.

Công nghiệp hóa chất

Thống kê từ IEA, lượng khí thải CO2 từ sản xuất hóa chất cơ bản lên tới 935 triệu tấn vào năm 2022, chiếm khoảng 2% tổng lượng khí thải toàn cầu.

Sản xuất hóa chất cần nhiều loại nguyên liệu đầu vào để tạo ra các hóa chất cơ bản đáp ứng nhu cầu cho nhiều ngành công nghiệp, hai trong số đó là amoniac (là thành phần quan trọng trong sản xuất phân bón, chất tẩy rửa,…) và metanol (làm nguyên liệu đầu vào trong sản xuất nhựa, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu,…).

Các quy trình sản xuất hóa chất sử dụng nhiêu liệu hóa thạch tạo ra lượng lớn khí thải độc hại. Do đó, ứng dụng hydro trong ngành công nghiệp hóa chất đang ngày càng phổ biến, là một con đường đầy hứa hẹn hướng tới một tương lai bền vững hơn khi Hydro đóng vai trò là chất thay thế “xanh” hiệu quả trong các quá trình sản xuất amoniac và tổng hợp metanol, tăng năng suất và giảm tác động đến môi trường.

Khí hydro: Giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu trong giao thông vận tải

Vận tải chiếm 24% lượng khí thải CO2 trên toàn cầu từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Trong đó, các phương tiện giao thông đường bộ bao gồm: ô tô, xe tải, xe buýt, xe hai và ba bánh,… chiếm gần 3/4 lượng khí thải CO2 từ vận tải, và 1/4 còn lại thuộc về hàng không và vận chuyển.

Để đạt mục tiêu NZE, sử dụng khí hydro thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch truyền thống là giải pháp hiệu quả vì thứ duy nhất mà các phương tiện sử dụng thải ra là hơi nước. Giải pháp này không chỉ sử dụng cho xe buýt và tàu hỏa, mà nó còn có thể được ứng dụng rộng rãi trên mọi phương tiện thương mại khác.

Ô tô được trang bị hệ thống sử dụng nhiên liệu H2 thay thế cho các loại xăng dầu truyền thống được làm từ nguyên liệu hóa thạch. Ảnh minh họa.

Bên cạnh đó, tiềm năng khử cacbon của hydro không chỉ giới hạn trên các phương tiện giao thông đường bộ phổ biến mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc khử cacbon cho ngành hàng không trên mặt đất thông qua vận tải và hậu cần sân bay (xe nâng, xe buýt, xe tải) sử dụng nhiên liệu H2 xanh, và trên không thông qua các máy bay được trang bị hệ thống LH2 (liquid hydrogen) dùng cho các chuyến bay vừa và ngắn, hay SAF (nhiên liệu hàng không bền vững) cho các chuyến bay tầm xa.

Ngoài ra, sử dụng nhiên liệu từ khí hydro cho phà và tàu lớn cũng góp phần giảm phát thải trong vận chuyển đường thủy.

Những lợi thế của việc sử dụng hydro như một nguồn nhiên liệu sạch ngày càng trở nên rõ ràng, đặc biệt là với các phương tiện vận tải hạng nặng. Cùng với đó là đạt mục tiêu Thỏa thuận Paris phải giảm mạnh lượng khí thải CO2 do ngành vận tại tạo ra nên ngày càng có nhiều quốc gia ban hành luật nhằm hiện thực hóa vấn đề này. Tiêu biểu như:

• Bắt đầu từ năm 2021, luật pháp của Liên minh Châu Âu quy định rằng 45% trong số tất cả xe buýt mới phải là xe không phát thải, con số này sẽ tăng lên 65% vào năm 2025. Đây là một phần của kế hoạch chống biến đổi khí hậu thông qua việc giảm 30% lượng khí thải CO2 từ xe buýt và xe tảo năm 2030, đồng thời cải thiện các chỉ số chất lượng không khí cho người dân.
• Nhật Bản đặt mục tiêu xây dựng chuỗi cung ứng hydro có thể sản xuất 300.000 tấn hydro và mở rộng phạm vi di chuyển bằng hydro đến năm 2030. Kế hoạch này bao gồm đưa 800.000 ô tô chạy bằng pin nhiên liệu và 1.200 xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu vào sử dụng trên đường vào năm 2030.
• Thỏa thuận Xanh mới của Hàn Quốc đặt mục tiêu có 200.000 xe chạy bằng hydro với 450 HRS (trạm tiếp nhiên liệu hydro) vào năm 2025.

Tại Việt Nam, việc ứng dụng giải pháp hydro làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông là một thách thức lớn. Mặc dù đã có một số thương hiệu như Vinfast tiên phong nghiên cứu động cơ hydro, nhưng lời giải cho bài toán khó này vẫn còn nhiều bỏ ngõ trong tương lai.

Khí hydro: Giảm thiểu cacbon trong ngành hàng không

Hiện chiếm khoảng 2,8% lượng khí thải CO2 toàn cầu, hàng không là một trong những ngành vận tải khó giảm phát thải nhất. Nếu vẫn duy trì hoạt động như hiện nay, lượng khí thải CO2 từ máy bay thương mại có thể tăng gấp ba vào năm 2050.

Mặc dù việc giảm khí thải từ toàn bộ cơ sở hạ tầng sân bay khi hoạt động liên tục và khí thải khi bay là thách thức lớn, nhưng thật may mắn khi có một giải pháp có thể hiệu quả hướng tới đạt mục tiêu NZE, đó là khí Hydro - loại khí luôn ở ngay xung quanh chúng ta.

Đó là nhận định của các chuyên gia từ ZeroAvia. Theo ông Val Miftakhov (CEO ZeroAvia) cho rằng điều tuyệt vời của khí Hydro là mức năng lượng mà nó có thể cung cấp tốt hơn gấp 3 lần so với nhiên liệu máy bay thông thường, chúng ta có thể thấy rằng các nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) ngày nay có thể vận hành máy bay có kích thước lớn đến mức nào.

Hydro đóng vai trò quan trọng trong việc khử cacbon cho ngành hàng không. Ảnh minh họa.

Dù vậy, sẽ phải mất một khoảng thời gian nhất định để giải pháp này đáp ứng rộng rãi cho cả ngành hàng không. Việc chuyển đổi sang hydro như một nguồn nhiên liệu chính trong hàng không vẫn đang ở giai đoạn đầu, nhưng nó hứa hẹn mang lại một tương lai bền vững hơn cho ngành hàng không.

Ứng dụng khí hydro trong năng lượng tái tạo

Đầu tư vào năng lượng tái tạo là một trong những biện pháp cần thực hiện để đạt được mục tiêu Net-zero. Dù vậy, điều này vẫn còn một số hạn chế. Trong khi tỷ lệ điện tái tạo (dùng năng lượng mặt trời và gió) ngày càng tăng có ý nghĩa tích cực trong việc giảm phát thải CO2 và thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, thì việc quản lý lưới điện sẽ ngày càng trở nên khó khăn hơn.

Cụ thể, sản xuất điện từ các nguồn tái tạo không liên tục sẽ tạo ra sự mất cân bằng ngoài ý muốn. Bởi vì mặt trời không phải lúc nào cũng sáng hay gió không phải lúc nào cũng thổi, dẫn đến sản lượng điện vượt quá nhu cầu điện vào một số thời điểm, trong khi vào những thời điểm khác sản lượng điện không đủ cung cấp phải cần đến điện từ các nhà máy điện dự phòng. Khí hydro được ứng dụng để thay thế nhiên liệu hóa thạch khi vận hành các nhà máy điện bằng công nghệ P2X (Power-to-X). Các công nghệ này ra đời cung cấp các phương pháp chuyển đổi điện tái tạo thành chất mang năng lượng, sử dụng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo dao động để tổng hợp hydro hoặc hydrocacbon dạng khí không chứa cacbon, và sau đó nó có thể được chuyển đổi trở lại thành điện.

Ngoài ra, khí hydro có thể được lưu trữ linh hoạt theo nhiều cách khác nhau: từ vài gram trong hộp đựng cầm tay đến hàng nghìn tấn trong hang động ngầm,… điều này mang lại tiềm năng độc đáo để lưu trữ năng lượng tái tạo trong thời gian rất dài, cũng như có thể được vận chuyển giữa khoảng cách xa từ những nơi có nguồn năng lượng tái tạo đồi dào đến các khu vực cần sử dụng.

Với nhiều năm kinh nghiệm phân phối các loại khí công nghiệp, khí có độ tinh khiết cao và hóa chất, KPTCHEM tự hào là đơn vị cung cấp khí Hydro uy tín hàng đầu trên thị trường trong nước lẫn quốc tế. Nếu Quý khách có nhu cầu mua khí hydro số lượng lớn, đừng ngần ngại liên hệ ngay cho KPTCHEM để được hỗ trợ tư vấn và báo giá nhanh 24/7.