Tương lai Hydrogen sẽ trở thành nguồn năng lượng thay thế các nguồn năng lượng truyền thống
Trong báo cáo này
Hyđro ngày nay đang có động lực chưa từng có. Thế giới không nên bỏ lỡ cơ hội duy nhất này để biến hydro trở thành một phần quan trọng trong tương lai năng lượng sạch và an toàn của chúng ta – Tiến sĩ Fatih Birol
Theo yêu cầu của chính phủ Nhật Bản dưới thời chủ tịch G20, Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã đưa ra báo cáo mang tính bước ngoặt này để phân tích tình trạng phát triển hiện tại của hydro và đưa ra hướng dẫn về sự phát triển của nó trong tương lai.
Báo cáo cho thấy hydro sạch hiện đang được hưởng động lực kinh doanh và chính trị chưa từng có, với số lượng các chính sách và dự án trên khắp thế giới mở rộng nhanh chóng. Nó kết luận rằng bây giờ là lúc để mở rộng quy mô công nghệ và giảm chi phí để cho phép hydro được sử dụng rộng rãi. Các khuyến nghị thực tế và có thể hành động được đối với các chính phủ và ngành công nghiệp được cung cấp sẽ giúp chúng ta có thể tận dụng được động lực ngày càng tăng này.
Hydro và năng lượng có lịch sử chung lâu đời – cung cấp năng lượng cho các động cơ đốt trong đầu tiên cách đây hơn 200 năm để trở thành một phần không thể thiếu của ngành công nghiệp lọc dầu hiện đại. Nó nhẹ, dễ bảo quản, tiết kiệm năng lượng và không tạo ra khí thải trực tiếp các chất ô nhiễm hoặc khí nhà kính. Nhưng để hydro đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, nó cần được áp dụng trong các lĩnh vực gần như hoàn toàn vắng bóng, chẳng hạn như vận tải, tòa nhà và sản xuất điện.
Tương lai của Hydro cung cấp một cuộc khảo sát sâu rộng và độc lập về hydro để tìm ra vị trí của mọi thứ hiện nay; những cách mà hydro có thể giúp đạt được một tương lai năng lượng sạch, an toàn và giá cả phải chăng; và làm thế nào chúng ta có thể nhận ra tiềm năng của nó.
I. Những phát hiện chính
1. Nhu cầu về hydro
Cung cấp hydro cho người sử dụng công nghiệp hiện là một ngành kinh doanh lớn trên khắp thế giới. Nhu cầu về hydro, đã tăng hơn ba lần kể từ năm 1975, tiếp tục tăng – hầu như được cung cấp hoàn toàn từ nhiên liệu hóa thạch, với 6% khí tự nhiên toàn cầu và 2% than toàn cầu được sản xuất từ hydro.
Kết quả là, sản xuất hydro là nguyên nhân dẫn đến lượng khí thải CO 2 khoảng 830 triệu tấn carbon dioxide mỗi năm, tương đương với lượng khí thải CO 2 của Vương quốc Anh và Indonesia cộng lại.
2. Hỗ trợ ngày càng tăng
Số lượng các quốc gia có chính sách hỗ trợ trực tiếp đầu tư vào công nghệ hydro ngày càng tăng, cùng với số lượng các lĩnh vực mà họ nhắm đến.
Ngày nay có khoảng 50 mục tiêu, nhiệm vụ và chính sách khuyến khích hỗ trợ trực tiếp cho hydro, với phần lớn tập trung vào vận tải.
Trong vài năm qua, chi tiêu toàn cầu cho nghiên cứu, phát triển và trình diễn năng lượng hydro của các chính phủ quốc gia đã tăng lên, mặc dù vẫn thấp hơn so với mức đỉnh năm 2008.
3. Sản xuất hydro
Hydro có thể được chiết xuất từ nhiên liệu hóa thạch và sinh khối, từ nước hoặc từ hỗn hợp của cả hai. Khí tự nhiên hiện là nguồn sản xuất hydro chính, chiếm khoảng 3/4 sản lượng hydro chuyên dụng hàng năm trên toàn cầu, khoảng 70 triệu tấn. Điều này chiếm khoảng 6% lượng khí đốt tự nhiên sử dụng toàn cầu. Tiếp theo là than đá, do nó chiếm vai trò chủ đạo ở Trung Quốc, và một phần nhỏ được sản xuất từ việc sử dụng dầu và điện.
Chi phí sản xuất hydro từ khí tự nhiên chịu ảnh hưởng của một loạt các yếu tố kinh tế và kỹ thuật, trong đó giá khí và chi phí đầu tư là hai yếu tố quan trọng nhất.
Chi phí nhiên liệu là thành phần chi phí lớn nhất, chiếm từ 45% đến 75% giá thành sản xuất. Giá khí đốt thấp ở Trung Đông, Nga và Bắc Mỹ làm tăng chi phí sản xuất hydro thấp nhất. Các nhà nhập khẩu khí đốt như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và Ấn Độ phải đối mặt với
Trong khi chưa đến 0,1% sản lượng hydro chuyên dụng trên toàn cầu hiện nay là từ quá trình điện phân nước, với chi phí giảm cho điện tái tạo, đặc biệt là từ điện mặt trời và gió, ngày càng có nhiều sự quan tâm đến hydro điện phân.
4. Theo dõi chi phí
Sản xuất điện chuyên dụng từ năng lượng tái tạo hoặc năng lượng hạt nhân cung cấp một giải pháp thay thế cho việc sử dụng điện lưới để sản xuất hydro.
Với việc giảm chi phí cho điện tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời và gió, sự quan tâm đến hydro điện phân ngày càng tăng và đã có một số dự án trình diễn trong những năm gần đây. Sản xuất tất cả sản lượng hydro chuyên dụng hiện nay từ điện sẽ dẫn đến nhu cầu điện là 3 600 TWh, nhiều hơn tổng sản lượng điện hàng năm của Liên minh Châu Âu.
Với việc giảm chi phí cho việc tạo ra điện mặt trời và năng lượng gió, việc xây dựng các máy điện phân tại các địa điểm có điều kiện tài nguyên tái tạo tuyệt vời có thể trở thành một lựa chọn cung cấp hydro với chi phí thấp, ngay cả khi đã tính đến chi phí truyền tải và phân phối vận chuyển hydro từ các địa điểm năng lượng tái tạo (thường ở xa) cho người dùng cuối.
5. Các ứng dụng khác nhau cho hydro
Việc sử dụng hydro ngày nay được thống trị bởi ngành công nghiệp , cụ thể là: lọc dầu, sản xuất amoniac, sản xuất metanol và sản xuất thép. Hầu như tất cả lượng
- hydro này được cung cấp bằng cách sử dụng nhiên liệu hóa thạch, do đó, có tiềm năng đáng kể trong việc giảm phát thải từ hydro sạch.
- Trong vận tải, khả năng cạnh tranh của ô tô chạy pin nhiên liệu hydro phụ thuộc vào chi phí pin nhiên liệu và các trạm tiếp nhiên liệu trong khi đối với xe tải, ưu tiên là giảm giá bán hydro. Vận tải biển và hàng không có sẵn các lựa chọn nhiên liệu carbon thấp hạn chế và tạo cơ hội cho nhiên liệu gốc hydro.
- Trong các tòa nhà, hydro có thể được hòa trộn vào các mạng lưới khí đốt tự nhiên hiện có, với tiềm năng cao nhất trong các tòa nhà đa gia đình và thương mại, đặc biệt là ở các thành phố đông đúc trong khi triển vọng dài hạn có thể bao gồm việc sử dụng trực tiếp hydro trong nồi hơi hydro hoặc pin nhiên liệu.
- Trong sản xuất điện, hydro là một trong những lựa chọn hàng đầu để lưu trữ năng lượng tái tạo, hydro và amoniac có thể được sử dụng trong tuabin khí để tăng tính linh hoạt của hệ thống điện. Amoniac cũng có thể được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện than để giảm lượng khí thải.
6. Cơ hội thực tiễn trong thời gian ngắn để hành động chính sách
Hydro đã được sử dụng rộng rãi trong một số ngành công nghiệp, nhưng nó vẫn chưa nhận ra tiềm năng hỗ trợ chuyển đổi năng lượng sạch. Cần có hành động đầy tham vọng, có mục tiêu và hành động ngắn hạn để tiếp tục vượt qua các rào cản và giảm chi phí.
IEA đã xác định bốn chuỗi giá trị mang lại cơ hội bàn đạp để mở rộng quy mô cung và cầu hydro, dựa trên các ngành công nghiệp, cơ sở hạ tầng và chính sách hiện có. Các chính phủ và các bên liên quan khác sẽ có thể xác định cái nào trong số này mang lại tiềm năng ngắn hạn nhất trong bối cảnh địa lý, công nghiệp và hệ thống năng lượng của họ.
Bất kể cơ hội nào trong số bốn cơ hội chính này được theo đuổi – hoặc các chuỗi giá trị khác không được liệt kê ở đây – sẽ cần có gói chính sách đầy đủ gồm năm lĩnh vực hành động được liệt kê ở trên. Hơn nữa, các chính phủ – ở cấp khu vực, quốc gia hoặc cộng đồng – sẽ được hưởng lợi từ hợp tác quốc tế với những người khác đang nỗ lực thúc đẩy các thị trường tương tự cho hydro.
II. Tóm tắt điều hành
Đã đến lúc thích hợp để khai thác tiềm năng của hydro để đóng vai trò quan trọng trong một tương lai năng lượng sạch, an toàn và giá cả phải chăng. Theo yêu cầu của chính phủ Nhật Bản dưới thời chủ tịch G20, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã đưa ra báo cáo mang tính bước ngoặt này để phân tích hiện trạng chơi hydro và đưa ra hướng dẫn về sự phát triển trong tương lai. Báo cáo cho thấy hydro sạch hiện đang được hưởng động lực kinh doanh và chính trị chưa từng có, với số lượng chính sách và dự án trên khắp thế giới mở rộng nhanh chóng. Nó kết luận rằng bây giờ là lúc để mở rộng quy mô công nghệ và giảm chi phí để cho phép hydro được sử dụng rộng rãi. Các khuyến nghị thực tế và có thể hành động được đối với các chính phủ và ngành công nghiệp được cung cấp sẽ giúp chúng ta có thể tận dụng được động lực ngày càng tăng này.
Hydro có thể giúp giải quyết các thách thức năng lượng quan trọng khác nhau. Nó cung cấp các cách để khử cacbon trong một loạt các lĩnh vực – bao gồm vận tải đường dài, hóa chất và sắt thép – nơi mà nó đang tỏ ra khó khăn trong việc giảm lượng khí thải một cách có ý nghĩa. Nó cũng có thể giúp cải thiện chất lượng không khí và tăng cường an ninh năng lượng. Bất chấp các mục tiêu khí hậu quốc tế rất tham vọng, lượng khí thải CO 2 liên quan đến năng lượng toàn cầu đã đạt mức cao nhất mọi thời đại vào năm 2018. Ô nhiễm không khí ngoài trời cũng vẫn là một vấn đề cấp bách, với khoảng 3 triệu người chết sớm mỗi năm.
Hydro rất đa năng. Các công nghệ đã có ngày nay cho phép hydro sản xuất, lưu trữ, di chuyển và sử dụng năng lượng theo những cách khác nhau. Nhiều loại nhiên liệu có thể sản xuất hydro, bao gồm năng lượng tái tạo, hạt nhân, khí đốt tự nhiên, than và dầu. Nó có thể được vận chuyển dưới dạng khí bằng đường ống hoặc ở dạng lỏng bằng tàu, giống như khí tự nhiên hóa lỏng (LNG). Nó có thể được chuyển hóa thành điện năng và khí mê-tan để cung cấp năng lượng cho các ngôi nhà và ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi, và thành nhiên liệu cho ô tô, xe tải, tàu và máy bay.
Hydro có thể cho phép năng lượng tái tạo mang lại đóng góp lớn hơn nữa. Nó có tiềm năng giúp tạo ra sản lượng thay đổi từ các loại năng lượng tái tạo, như quang điện mặt trời (PV) và gió, những nguồn năng lượng sẵn có không phải lúc nào cũng phù hợp với nhu cầu. Hydro là một trong những lựa chọn hàng đầu để lưu trữ năng lượng từ năng lượng tái tạo và có vẻ hứa hẹn sẽ là một lựa chọn có chi phí thấp nhất để lưu trữ điện trong nhiều ngày, nhiều tuần hoặc thậm chí nhiều tháng. Hydro và nhiên liệu gốc hydro có thể vận chuyển năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo trong khoảng cách xa – từ các khu vực có nguồn năng lượng mặt trời và gió dồi dào, chẳng hạn như Úc hoặc Mỹ Latinh, đến các thành phố đói năng lượng cách đó hàng nghìn km.
Đã có những khởi đầu sai đối với hydro trong quá khứ; lần này có thể khác. Những thành công gần đây của điện mặt trời, gió, pin và xe điện đã cho thấy rằng đổi mới chính sách và công nghệ có sức mạnh để xây dựng các ngành công nghiệp năng lượng sạch toàn cầu. Với lĩnh vực năng lượng toàn cầu đang phát triển mạnh mẽ, tính linh hoạt của hydro đang thu hút sự quan tâm mạnh mẽ hơn từ các nhóm chính phủ và công ty đa dạng. Sự hỗ trợ đang đến từ các chính phủ nhập khẩu và xuất khẩu năng lượng cũng như các nhà cung cấp điện tái tạo, nhà sản xuất khí công nghiệp, tiện ích điện và khí đốt, các nhà sản xuất ô tô, công ty dầu khí, các công ty kỹ thuật lớn và các thành phố. Đầu tư vào hydro có thể giúp thúc đẩy sự phát triển công nghệ và công nghiệp mới ở các nền kinh tế trên thế giới, tạo ra việc làm có tay nghề cao.
Hydro có thể được sử dụng rộng rãi hơn nhiều. Ngày nay, hydro được sử dụng chủ yếu trong quá trình lọc dầu và sản xuất phân bón. Để nó đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi năng lượng sạch, nó cũng cần được áp dụng trong các lĩnh vực gần như hoàn toàn vắng bóng vào thời điểm hiện tại, chẳng hạn như giao thông, tòa nhà và sản xuất điện.
Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi, sạch hydro trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu phải đối mặt với một số thách thức:
- Hiện tại, sản xuất hydro từ năng lượng carbon thấp đang rất tốn kém. Phân tích của IEA cho thấy chi phí sản xuất hydro từ điện tái tạo có thể giảm 30% vào năm 2030 do chi phí năng lượng tái tạo giảm và việc mở rộng quy mô sản xuất hydro. Pin nhiên liệu, thiết bị tiếp nhiên liệu và máy điện phân (sản xuất hydro từ điện và nước) đều có thể được hưởng lợi từ việc sản xuất hàng loạt.
- Sự phát triển của cơ sở hạ tầng hydro chậm và cản trở việc áp dụng rộng rãi. Giá hydro cho người tiêu dùng phụ thuộc nhiều vào số lượng trạm tiếp nhiên liệu, tần suất sử dụng và lượng hydro được cung cấp mỗi ngày. Để giải quyết vấn đề này có khả năng đòi hỏi phải lập kế hoạch và phối hợp để tập hợp các chính quyền, ngành và nhà đầu tư quốc gia và địa phương.
- Ngày nay, hydro hầu như được cung cấp hoàn toàn từ khí đốt tự nhiên và than đá. Hydro đã có mặt với chúng ta ở quy mô công nghiệp trên khắp thế giới, nhưng việc sản xuất nó gây ra lượng khí thải CO2 hàng năm tương đương với lượng khí thải của Indonesia và Vương quốc Anh cộng lại. Khai thác quy mô hiện có này trên con đường hướng tới một tương lai năng lượng sạch đòi hỏi cả việc thu hồi CO2 từ quá trình sản xuất hydro từ nhiên liệu hóa thạch và nguồn cung cấp hydro lớn hơn từ điện sạch.
- Các quy định hiện đang hạn chế sự phát triển của ngành công nghiệp hydro sạch. Chính phủ và ngành công nghiệp phải làm việc cùng nhau để đảm bảo các quy định hiện hành không phải là rào cản không cần thiết đối với đầu tư. Thương mại sẽ được hưởng lợi từ các tiêu chuẩn quốc tế chung về sự an toàn của việc vận chuyển và lưu trữ khối lượng lớn hydro và truy tìm tác động môi trường của các nguồn cung cấp hydro khác nhau.
IEA đã xác định bốn cơ hội ngắn hạn để tăng cường hydro trên con đường hướng tới việc sử dụng rộng rãi và sạch. Tập trung vào các bàn đạp trong thế giới thực này có thể giúp hydro đạt được quy mô cần thiết để giảm chi phí và giảm rủi ro cho các chính phủ và khu vực tư nhân. Mặc dù mỗi cơ hội đều có một mục đích riêng biệt, nhưng cả bốn cơ hội cũng đều củng cố lẫn nhau.
- Biến các cảng công nghiệp trở thành trung tâm thần kinh để mở rộng quy mô sử dụng hydro sạch. Ngày nay, phần lớn hoạt động sản xuất tinh chế và hóa chất sử dụng hydro dựa trên nhiên liệu hóa thạch đã tập trung ở các khu công nghiệp ven biển trên khắp thế giới, chẳng hạn như Biển Bắc ở Châu Âu, Bờ Vịnh ở Bắc Mỹ và đông nam Trung Quốc. Việc khuyến khích các nhà máy này chuyển sang sản xuất hydro sạch hơn sẽ làm giảm chi phí tổng thể. Các nguồn cung cấp hydro lớn này cũng có thể cung cấp nhiên liệu cho các tàu và xe tải phục vụ các cảng và cung cấp năng lượng cho các cơ sở công nghiệp lân cận khác như nhà máy thép.
- Xây dựng trên cơ sở hạ tầng hiện có, chẳng hạn như hàng triệu km đường ống dẫn khí đốt tự nhiên. Việc đưa hydro sạch chỉ thay thế 5% lượng khí đốt tự nhiên của các quốc gia sẽ thúc đẩy đáng kể nhu cầu về hydro và giảm chi phí.
- Mở rộng hydro trong vận tải thông qua các đội tàu, hàng hóa và hành lang. Cung cấp sức mạnh cho ô tô, xe tải và xe buýt có quãng đường cao để chở hành khách và hàng hóa dọc theo các tuyến đường phổ biến có thể làm cho các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu trở nên cạnh tranh hơn.
- Khởi động các tuyến vận chuyển quốc tế đầu tiên của thương mại hydro. Bài học từ sự tăng trưởng thành công của thị trường LNG toàn cầu có thể được tận dụng. Thương mại hydro quốc tế cần sớm bắt đầu nếu nó muốn tạo ra tác động đến hệ thống năng lượng toàn cầu.
Hợp tác quốc tế là rất quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của hydro sạch, đa năng trên khắp thế giới. Nếu các chính phủ nỗ lực mở rộng quy mô hydro theo cách phối hợp, điều đó có thể giúp thúc đẩy đầu tư vào các nhà máy và cơ sở hạ tầng nhằm giảm chi phí và cho phép chia sẻ kiến thức và các phương pháp hay nhất. Thương mại hydro sẽ được hưởng lợi từ các tiêu chuẩn quốc tế chung. Là tổ chức năng lượng toàn cầu bao gồm tất cả các loại nhiên liệu và tất cả các công nghệ, IEA sẽ tiếp tục cung cấp các phân tích nghiêm ngặt và tư vấn chính sách để hỗ trợ hợp tác quốc tế và thực hiện theo dõi hiệu quả tiến độ trong những năm tới.
Theo lộ trình cho tương lai, chúng tôi đang đưa ra bảy khuyến nghị chính để giúp các chính phủ, các công ty và những người khác nắm bắt cơ hội này để cho phép hydro sạch phát huy hết tiềm năng lâu dài của nó.
III. Khuyến nghị chính của IEA để mở rộng quy mô hydro
- Thiết lập vai trò của hydro trong các chiến lược năng lượng dài hạn. Chính quyền quốc gia, khu vực và thành phố có thể hướng dẫn các kỳ vọng trong tương lai. Các công ty cũng nên có mục tiêu dài hạn rõ ràng. Các lĩnh vực chính bao gồm lọc dầu, hóa chất, sắt thép, vận tải hàng hóa và đường dài, các tòa nhà, sản xuất và lưu trữ điện.
- Kích thích nhu cầu thương mại đối với hydro sạch. Công nghệ hydro sạch có sẵn nhưng chi phí vẫn còn nhiều thách thức. Các chính sách tạo ra thị trường bền vững cho hydro sạch, đặc biệt là để giảm lượng khí thải từ hydro dựa trên nhiên liệu hóa thạch, là cần thiết để củng cố đầu tư của các nhà cung cấp, nhà phân phối và người sử dụng. Bằng cách mở rộng quy mô chuỗi cung ứng, những khoản đầu tư này có thể thúc đẩy giảm chi phí, cho dù từ điện carbon thấp hay nhiên liệu hóa thạch có thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon.
- Giải quyết rủi ro đầu tư của những người đi đầu. Các ứng dụng mới cho hydro, cũng như các dự án cơ sở hạ tầng và cung cấp hydro sạch, đứng ở điểm rủi ro nhất của đường cong triển khai. Các khoản cho vay có mục tiêu và có giới hạn thời gian, bảo lãnh và các công cụ khác có thể giúp khu vực tư nhân đầu tư, học hỏi và chia sẻ rủi ro cũng như phần thưởng.
- Hỗ trợ R&D để giảm chi phí. Cùng với việc giảm chi phí do tính kinh tế theo quy mô, R&D là rất quan trọng để giảm chi phí và cải thiện hiệu suất, bao gồm cả pin nhiên liệu, nhiên liệu gốc hydro và máy điện phân (công nghệ sản xuất hydro từ nước). Các hành động của chính phủ, bao gồm cả việc sử dụng các quỹ công, là rất quan trọng trong việc thiết lập chương trình nghiên cứu, chấp nhận rủi ro và thu hút vốn tư nhân cho đổi mới.
- Loại bỏ các rào cản quy định không cần thiết và hài hòa các tiêu chuẩn. Các nhà phát triển dự án phải đối mặt với những trở ngại khi các quy định và yêu cầu giấy phép không rõ ràng, không phù hợp với các mục đích mới hoặc không nhất quán giữa các ngành và quốc gia. Chia sẻ kiến thức và hài hòa các tiêu chuẩn là chìa khóa quan trọng, bao gồm cả thiết bị, an toàn và chứng nhận khí thải từ các nguồn khác nhau. Chuỗi cung ứng phức tạp của Hydrogen có nghĩa là các chính phủ, công ty, cộng đồng và xã hội dân sự cần tham khảo ý kiến thường xuyê
- Tham gia quốc tế và theo dõi tiến trình. Cần tăng cường hợp tác quốc tế trên phạm vi toàn diện nhưng đặc biệt là về tiêu chuẩn, chia sẻ các thông lệ tốt và cơ sở hạ tầng xuyên biên giới. Việc sản xuất và sử dụng hydro cần được theo dõi và báo cáo thường xuyên để theo dõi tiến độ hướng tới các mục tiêu dài hạn.
- Tập trung vào bốn cơ hội chính để tăng thêm động lực trong thập kỷ tới. Bằng cách xây dựng dựa trên các chính sách, cơ sở hạ tầng và kỹ năng hiện tại, những cơ hội hỗ trợ lẫn nhau này có thể giúp mở rộng quy mô phát triển cơ sở hạ tầng, nâng cao niềm tin của nhà đầu tư và giảm chi phí:
- Tận dụng tối đa các cảng công nghiệp hiện có để biến chúng thành các trung tâm sản xuất hydro carbon thấp hơn với chi phí thấp hơn.
- Sử dụng cơ sở hạ tầng khí đốt hiện có để thúc đẩy nguồn cung cấp hydro sạch mới.
- Hỗ trợ các đội vận tải, hàng hóa và hành lang để làm cho các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu trở nên cạnh tranh hơn.
- Thiết lập các tuyến đường vận chuyển đầu tiên để khởi động thương mại hydro quốc tế.
Bài Viết Liên Quan
