Hydro xanh – giải pháp chống biến đổi khí hậu

Những khó khăn gặp phải ngày càng lớn do khủng hoảng khí hậu đã khơi dậy sự quan tâm đến hydro xanh và công nghệ dựa trên loại khí này.

Sử dụng khí hydro giúp đạt các mục tiêu bảo vệ khí hậu

Khí hydro (H₂) có thể được sử dụng làm nguyên liệu cơ bản, nhiên liệu, truyền tải năng lượng và lưu trữ năng lượng. Trong bối cảnh các ngành tiêu hao năng lượng kết nối với nhau, khí hydro thúc đẩy quá trình khử carbon trong các quy trình công nghiệp và trong các ngành kinh tế mà ở đó khí thải CO₂ không được cắt giảm bởi điện khí hóa hoặc chỉ được giảm thiểu với chi phí đáng kể.

Sự phát triển của nền kinh tế hydro được đánh giá sẽ là giải pháp giúp đạt được mục tiêu bảo vệ khí hậu ở Đức và châu Âu nhờ chiến lược hydro quốc gia của chính phủ Đức và của Ủy ban Liên minh châu Âu (EU). Chính phủ liên bang Đức sẽ chi tới 9 tỷ euro cho đến năm 2040 để thực hiện các mục tiêu quốc gia và xây dựng quan hệ đối tác quốc tế. Ủy ban EU kỳ vọng mức đầu tư tích lũy vào hydro ở châu Âu sẽ lên tới 480 tỷ euro tính đến năm 2050.

Hydro có thể góp phần làm giảm lượng khí thải CO₂ theo nhiều cách. Ví dụ, hydro xanh có thể thay thế hydro có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch đóng vai trò là chất liệu cơ bản trong công nghiệp hóa chất và thép. Trong một số ứng dụng di chuyển nhất định, chẳng hạn như vận chuyển hàng hóa nặng, giao thông công cộng, hậu cần và hàng hải nội địa, pin nhiên liệu và nhiên liệu tổng hợp gốc hydro có thể góp phần xây dựng mục tiêu trung hạn, đó là giảm lượng khí thải carbon trong ngành giao thông vận tải. Về lâu dài, có thể hình dung rằng nhiên liệu tổng hợp gốc hydro cũng sẽ được sử dụng trong ngành vận chuyển và hàng không.

Trong khu vực tư nhân, pin nhiên liệu có thể được sử dụng trong nhà máy kết hợp nhiệt và điện (CHP) để cấp nhiệt và điện cho các tòa nhà. Ngoài ra, có thể dùng hydro làm nguồn lưu trữ năng lượng để cải thiện tổng sản lượng từ năng lượng tái tạo, cho phép lưu trữ thặng dư sản xuất năng lượng và đưa vào lưới điện theo yêu cầu.

Nền kinh tế hydro đối mặt với nhiều thách thức về kỹ thuật

Xét từ góc nhìn công nghệ, mặc dù có thể sử dụng hydro cho nhiều ứng dụng, nhưng sự phát triển của nền kinh tế hydro thân thiện với khí hậu đang gây tranh cãi xét từ góc độ kinh tế, vì có những thách thức lớn nảy sinh từ quá trình sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydro.

Một yếu tố quan trọng của nền kinh tế hydro bền vững là quy trình sản xuất hydro xanh tiết kiệm chi phí. Trong quy trình điện hóa (điện phân), năng lượng điện được sử dụng để tách nước thành hydro và oxy. Nếu điện được sử dụng đến từ nguồn năng lượng tái tạo, thì kết quả là hydro không chứa CO₂ và do đó được gọi là hydro xanh. Hiện nay, chỉ có 5% lượng khí hydro trên toàn thế giới được sản xuất bằng phương pháp điện phân. Hầu hết lượng khí hydro (hơn 70%) được lấy từ khí ga tự nhiên. So với quá trình điện phân, quá trình dựa trên khí ga (phân tách bằng hơi nước) chỉ cần lượng nước bằng một nửa và ít năng lượng hơn đáng kể. Vì quá trình này tiết kiệm chi phí hơn nên khí tự nhiên sẽ vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu để sản xuất hydro ở thời điểm hiện tại. Hơn nữa, việc lưu trữ và vận chuyển hydro còn gặp phải những khó khăn đặc biệt về kỹ thuật: H₂ thường được làm lạnh đến âm 253°C hoặc được bảo quản dưới mức áp suất rất lớn. Các lựa chọn thay thế có thể giúp vận chuyển và lưu trữ hydro dễ dàng hơn, bao gồm chuyển đổi thành amoniac, liên kết với chất chuyển tải hydro hữu cơ lỏng (LOHC) và sản xuất nhiên liệu tái tạo như metanol trong quy trình Power-to-X (quá trình chuyển đổi sử dụng năng lượng điện sang sử dụng năng lượng các sản phẩm từ H₂). Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi và tái chuyển đổi khiến thất thoát năng lượng và một số quy trình này hiện chưa sẵn sàng áp dụng trong thị trường ở quy mô công nghiệp cần thiết.

Infineon cung cấp các giải pháp phát triển nền kinh tế hydro xanh

Để được hưởng lợi đầy đủ từ tiềm năng của hydro, chúng ta cần phải tìm ra các giải pháp để giải quyết những thách thức phát sinh từ sản xuất, bảo quản, vận chuyển và sử dụng hydro. Infineon là nhà cung cấp hàng đầu về chất bán dẫn công suất điện tử trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và di động điện tử (electromobility). Các giải pháp chất bán dẫn của Infineon cũng có thể hỗ trợ đáng kể cho việc phát triển nền kinh tế hydro bền vững theo chuỗi giá trị.

• Ngành công nghiệp: Chất bán dẫn công suất điện tử giúp quy trình sản xuất hydro xanh trở nên khả thi

• Phương tiện di chuyển sạch: Cảm biến H₂ kiểm soát, giám sát và đảm bảo sự an toàn của hệ thống pin nhiên liệu.

Trong tương lai, nhu cầu về các phương tiện chuyên chở chạy bằng pin nhiên liệu, không gây phát thải, với các tải trọng từ trung bình đến nặng và với cách từ trung bình đến dài sẽ tăng cao. Cũng như các nhiên liệu khác, không được để hydro thoát ra ngoài môi trường một cách thiếu kiểm soát. Để đảm bảo sự an toàn của các bộ dẫn động sử dụng pin nhiên liệu và để tăng mức độ phổ biến của các bộ dẫn động này, Infineon đang nghiên cứu phát triển các cảm biến hydro có độ tin cậy cao. Nhờ đó sẽ giúp phát hiện rò rỉ, kiểm soát và giám sát sản xuất, lưu trữ và vận hành hệ thống pin nhiên liệu.

Đây là một đóng góp đáng kể nhằm tăng hiệu quả thông qua quy trình điều khiển thông minh trên toàn bộ chuỗi giá trị và hướng tới mục tiêu đảm bảo an toàn.

Bảo Hà