Cuộc sống của loài người hiện đang dần trở nên phụ thuộc nhiều hơn vào điện năng và các thiết bị sử dụng điện.

Theo những ước tính mới nhất được công bố vào cuối năm 2019 bởi Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), nhu cầu năng lượng toàn cầu sẽ tăng từ 25% đến 30% vào năm 2040. Như vậy, đối với một nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào than và dầu, việc tăng lượng khí thải CO2, khiến tình trạng biến đổi khí hậu trầm trọng hơn là không tránh khỏi.

Tuy nhiên, việc khử cacbon trên Trái Đất sẽ tạo ra một viễn cảnh khác cho thế giới vào năm 2050, một thế giới dễ tiếp cận, hiệu quả và bền vững hơn. Khi đó, thế giới mới sẽ được thúc đẩy bởi các nguồn năng lượng sạch như hydro xanh.

Hydro xanh là gì và được sản xuất như thế nào?

Công nghệ này dựa trên việc tạo ra khí hydro, một loại nhiên liệu nhẹ, rất phổ biến và có tính phản ứng cao, thông qua một quá trình hóa học mang tên điện phân.

Phương pháp này sử dụng dòng điện một chiều để tách hydro ra khỏi oxy trong nước. Do đó, nếu có được nguồn điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, con người sẽ sản xuất được điện mà không cần phải thải CO2 ra bầu khí quyển.

Theo IEA, phương pháp này sẽ giúp giảm 830 triệu tấn CO2 được thải ra hàng năm trong các quá trình sản xuất sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tương tự, việc thay thế toàn bộ hydro xám trên thế giới sẽ cần 3.000 TWh/năm từ các nguồn năng lượng tái tạo mới, một con số tương đương với nhu cầu điện hiện tại của cả châu Âu.

Tuy nhiên, có một số câu hỏi được đặt ra về khả năng tồn tại của hydro xanh do chi phí sản xuất khá cao. Song việc tiếp tục khử khí carbon trên trái đất dần dần sẽ giúp giảm chi phí sản xuất năng lượng tái tạo, làm xoá tan những nghi ngờ.

Quy trình sản xuất hydro xanh. (Nguồn: iberdrola)

Nguồn năng lượng sạch

Hydro là nguyên tố hóa học có sản lượng lớn nhất trong tự nhiên. Theo ghi nhận của IEA, nhu cầu sử dụng khí hydro làm nhiên liệu trên toàn cầu đã tăng gấp ba lần kể từ năm 1975 và con số này đã đạt mốc trung bình 70 triệu tấn/năm vào năm 2018.

Ngoài ra, đây là cũng là một nguồn năng lượng sạch vì hydro chỉ thải ra hơi nước. Không như than đá và dầu mỏ, sản xuất năng lượng bằng khí hydro không để lại dư lượng chất thải trong không khí.

Hydro có mối quan hệ lâu đời với các hoạt động công nghiệp của con người. Loại khí này đã đóng vai trò cung cấp nhiên liệu cho các loại ô tô, khí cầu và cả tàu vũ trụ, kể từ những năm đầu của thế kỷ thứ 19.

Quá trình khử cacbon trong các hoạt động kinh tế thế giới là một điều gần như không thể bị trì hoãn trong tương lai gần và nó sẽ làm nổi bật hơn vai trò của khí hydro trong đời sống con người.

Ngoài ra, nếu chi phí sản xuất của nó giảm 50% vào năm 2030 đúng như dự đoán của Hội đồng Hydrogen Thế giới, hydro chắc chắn là nguồn nhiên liệu chúng ta đang tìm kiếm cho tương lai.

Ưu và nhược điểm

Dưới đây là một số ưu điểm nổi bật của hydro xanh.

Một là, 100% năng lượng bền vững bởi hydro xanh không thải ra khí gây ô nhiễm trong quá trình đốt cháy hoặc trong quá trình sản xuất.

Hai là, dễ lưu trữ do đó, hydro xanh có thể được sử dụng vào những mục đích khác và thời điểm khác, thay vì phải dùng ngay lập tức sau khi được sản xuất.

Ba là, đa năng. Hydro xanh có thể được chuyển hóa thành điện hoặc khí gas nhân tạo và được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, thương mại, công nghiệp hoặc vận tải.

Bốn là, dễ vận chuyển. Hydro xanh có thể được trộn với khí gas tự nhiên với tỷ lệ lên đến 20% và có thể được dẫn qua cùng đường ống dẫn khí. Nếu muốn tăng tỷ lệ cao hơn, cần phải thay đổi một số yếu tố trong hệ thống khí gas để đảm bảo độ tương thích.

Tuy nhiên, hydro xanh cũng có những mặt tiêu cực cần lưu tâm.

Trước tiên là chi phí cao. Năng lượng từ các nguồn tái tạo tuy chính là chìa khóa để tạo ra hydro xanh thông qua điện phân nhưng lại có chi phí sản xuất cao hơn. Do dó, để tạo ra hydrogen cũng tốn kém hơn nhiều.

Bên cạnh đó, việc sản xuất năng lượng hydro nói chung và hydro xanh nói riêng cần nhiều năng lượng hơn các loại nhiên liệu khác.

Ngoài ra, các vấn đề an toàn cũng là một điểm đáng ngại, bởi hydro xanh là một nguyên tố dễ bay hơi và dễ cháy. Bởi vậy, cần phải có các biện pháp an toàn chi tiết để ngăn ngừa rò rỉ và cháy nổ.

Độ "phủ sóng" của hydro xanh trong tương lai

Thực tế tại Mỹ, Nga, Trung Quốc, Pháp và Đức, hydro xanh đã được coi như một nguồn nhiên liệu. Thậm chí một số quốc gia khác như Nhật Bản còn tiến xa hơn với tầm nhìn trở thành nền kinh tế hydro xanh.

Vậy nguồn nhiên liệu này sẽ tác động như thế nào trong tương lai?

Hydro và oxy phản ứng với nhau trong pin nhiên liệu có thể tạo ra điện và nước uống. Quá trình này đã được kiểm chứng là rất hữu ích trên các tàu thám hiểm không gian vì đã cung cấp nguồn nước và điện bền vững cho phi hành đoàn.

Đồng thời, hydro xanh có tiềm năng lưu trữ năng lượng vì các bình hydro nén có khả năng lưu trữ năng lượng trong thời gian dài và cũng dễ sử dụng hơn so với pin lithium-ion vì chúng nhẹ hơn.

Nhờ có hydro xanh, giao thông vận tải có thể giảm gánh nặng phát thải. Tính đa năng của hydro cho phép nó được sử dụng vào các hoạt động vốn rất khó để giảm phát thải khí carbon, như vận tải hạng nặng, hàng không và hàng hải. Hiện đã có một vài dự án đang được triển khai trong lĩnh vực này, như dự án Hycarus và Cryoplane – được thúc đẩy bởi Liên minh châu Âu (EU), đặt mục tiêu đưa vào ứng dụng cho hàng không dân dụng.