Sản suất hydrogen: Giải pháp trọng tâm trong chính sách chuyển dịch năng lượng

Trung Quốc, nước sản xuất và tiêu thụ hydrogen lớn nhất thế giới, chủ yếu sản xuất hydrogen thông qua chuỗi giá trị hóa thạch. Năm 2022, trong số gần 40 triệu tấn được sản xuất, 80% đến từ nhiên liệu hóa thạch, 18,5% từ các sản phẩm phụ công nghiệp và chỉ 1,5% từ điện phân, trong đó chưa đến 0,1% sử dụng năng lượng tái tạo. Bởi vì nó đắt tiền và có sẵn với số lượng rất hạn chế nên hydrogen carbon thấp cho đến nay chỉ được sử dụng trong một phần nhỏ của lĩnh vực giao thông vận tải.

Kế hoạch thiết lập các tiêu chí phát triển hydrogen xanh green theo các mốc thời gian mục tiêu cụ thể, nêu rõ các mốc quan trọng và hoạt động cần thiết, chẳng hạn như kế hoạch trung và dài hạn phát triển lĩnh vực năng lượng hydrogen (2021-2035) với mục tiêu phát triển chính là có khoảng 50.000 phương tiện chạy pin nhiên liệu trong đội xe và một số trạm tiếp nhiên liệu hydrogen được triển khai (trên 400).

Nhu cầu hydrogen: Năm 2022, nhu cầu hydrogen ở Trung Quốc lên tới 25 triệu tấn (Mt). Hầu hết nhu cầu này (90%) là để sản xuất methanol và ammonia dẫn xuất hydrogen, ví dụ như phân bón trong trường hợp ammonia; 10% còn lại được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu để nâng cấp các sản phẩm dầu mỏ. Ngược lại với các ứng dụng tập trung vào nguyên liệu này, nhu cầu về hydrogen làm chất mang năng lượng là rất nhỏ vào năm 2022. Với sự hỗ trợ chính sách cho việc bao tiêu nêu trên, dự kiến sẽ có những thay đổi đáng kể. Nhu cầu về hydrogen làm nguyên liệu được dự báo sẽ tăng 20% (2050).

Với mục tiêu của Trung Quốc là đạt được mức phát thải carbon cao nhất trước năm 2030, hydrogen xanh green sẵn sàng đóng một vai trò quan trọng trong hành trình quốc gia hướng tới trung hòa carbon. Tuy nhiên, đến cuối năm 2023, công suất điện phân của Trung Quốc đạt 1,2 GW, chiếm một nửa công suất toàn cầu, với việc bổ sung một dự án điện phân mới kỷ lục công suất 260 MW đã đi vào hoạt động trong năm nay. Trên thế giới, Trung Quốc đang củng cố sự thống trị của mình trong việc triển khai máy điện phân, với hơn 40% dự án điện phân toàn cầu đạt được quyết định đầu tư cuối cùng (FID).

Những thách thức chính đối với việc tăng cường sản xuất hydrogen carbon thấp và các sản phẩm phụ của nó bao gồm: (i) CAPEX cao, trong đó thiết bị điện phân là thành phần chi phí chính. (ii) Hệ số công suất giảm do tính chất không liên tục của năng lượng tái tạo, dẫn đến chi phí sản xuất hydrogen tăng. (iii) Khả năng tiếp cận hỗ trợ tài chính bị hạn chế, có xu hướng ưu tiên những công ty đã thành danh với thành tích đã được chứng minh so với những công ty mới tham gia. (iv) Có 10 chính sách liên quan đến hydrogen ở cấp quốc gia, 83 chính sách ở cấp tỉnh và 252 chính sách ở cấp thành phố/quận. Trong số này, quy hoạch phát triển chiếm 45%, hỗ trợ tài chính 20%, hỗ trợ dự án 17%, phương pháp quản lý 16%, tiêu chuẩn và an toàn năng lượng hydrogen chiếm 2%. (v) Hàng chục tỉnh/thành phố đã triển khai các chương trình hỗ trợ bao gồm cả hỗ trợ vốn đầu tư và chi phí vận hành, ví dụ bao gồm từ 3 triệu-10 triệu CNY để xây dựng trạm tiếp nhiên liệu hydrogen, 2 triệu CNY hoặc 6 CNY/kg-35 CNY/kg để vận hành trạm hydrogen và 1,5 triệu CNY -5 triệu CNY cho dự án vận chuyển hydrogen (WEF, 2023).

DNV dự báo nhu cầu hydrogen sẽ đạt 72 triệu tấn vào giữa thế kỷ này, cho cả mục đích làm nguyên liệu và năng lượng. Trong bối cảnh này, “nguyên liệu” bao gồm nhu cầu hydrogen để sản xuất ammonia và các hóa chất khác như methanol, trong khi “nguồn năng lượng” bao gồm nhu cầu hydrogen để sử dụng trực tiếp trong các lĩnh vực năng lượng hoặc sản xuất nhiên liệu điện tử và ammonia làm nhiên liệu.

Chi tiết hơn về nhu cầu hydrogen như chất mang năng lượng: Nhu cầu về hydrogen cho mục đích năng lượng dự kiến sẽ tăng trưởng đáng kể, chuyển từ mức gần như không tồn tại hiện nay lên khoảng 43 triệu tấn mỗi năm (2050). Khoảng một phần ba sản lượng dự kiến này sẽ được phân bổ cho việc sản xuất các dẫn xuất, bao gồm cả ammonia và nhiên liệu điện tử, phục vụ cho lĩnh vực hàng hải và hàng không. Sự hấp thụ đáng kể ban đầu được dự báolà dành cho nhiệt công nghiệp và lĩnh vực nhiên liệu thay thế. Hiện gần 5 Mt hydrogen làm chất mang năng lượng sẽ được sử dụng để cung cấp nhiệt công nghiệp chỉ trong 10 năm, trong khi đến lúc đó khoảng 3 Mt sẽ được sử dụng để cung cấp nhiên liệu thay thế dựa trên hydrogen. Sau đó, việc sử dụng trực tiếp hydrogen được dự báosẽ thu hút được sự chú ý trong vận tải đường bộ và hàng không, với quá trình chuyển đổi diễn ra dần dần từ cuối những năm 2030 đến những năm 2040.

Hydrogen tinh khiết chủ yếu sẽ được sử dụng trong vận tải đường bộ đường dài và trong lĩnh vực hàng không trong các thiết bị hybrid. Các dẫn xuất hydrogen sẽ xâm nhập lớn hơn vào lĩnh vực hàng không và hàng hải. SAF dựa trên hydrogen sẽ bổ sung vào hỗn hợp nhiên liệu đa dạng hơn trong lĩnh vực hàng không, cùng với nhiên liệu sinh học bền vững. Hàng hải cũng sẽ chứng kiến sự kết hợp nhiên liệu đa dạng và ở đây methanol hiện là nhiên liệu bền vững được chú ý nhiều nhất, trong khi DNV kỳ vọng tỷ trọng ammonia cao hơn trong dài hạn. Tuy nhiên, có những điểm không chắc chắn lớn liên quan đến dự báođó và sẽ được trình bày chi tiết hơn trong dự báo về Hàng hải năm 2022 của DNV (DNV, 2022). Điều quan trọng cần nhấn mạnh là sự hấp thụ ban đầu và liên tục trong lĩnh vực giao thông vận tải sẽ chủ yếu liên quan đến các dẫn xuất hydrogen như ammonia và nhiên liệu điện tử hoặc nhiên liệu hàng không bền vững, thay vì hydrogen nguyên chất.

Cung cấp hydrogen: Năm 2022, phương pháp chủ yếu để sản xuất hydrogen làm năng lượng là điện phân, tuy nhiên phương pháp này ở mức rất thấp. Vào giữa thế kỷ này, việc sản xuất hydrogen thông qua điện phân sẽ có mức tăng trưởng vượt bậc ở Trung Quốc. Chủ yếu kết hợp với quang điện mặt trời và ở mức độ thấp hơn với năng lượng gió trên bờ, sản xuất hydrogen dựa trên điện phân nhằm cung cấp hydrogen làm năng lượng sẽ ở mức 30 triệu tấn (2050). Hydrogen carbon thấp cũng xâm nhập vào việc sử dụng hydrogen làm nguyên liệu. Đến năm 2050, 80% hydrogen làm nguyên liệu và hydrogen làm năng lượng sẽ dựa trên hydrogen có hàm lượng carbon thấp; 20% còn lại được chia đều cho quá trình cải tạo khí methane và khí hóa than, cả hai đều không có CCS. Năng lượng mặt trời PV chuyên dụng chiếm gần một nửa sản lượng hydrogen carbon thấp ở Trung Quốc vào giữa thế kỷ này, tương đương 32 Mt. Điện phân kết hợp với sản xuất năng lượng năng lượng gió sẽ chiếm khoảng 15%, trong khi điện phân kết hợp với điện lưới sẽ chiếm 10%.

Triển vọng về ammonia xanh blue

Năm 2022, Trung Quốc có công suất sản xuất ammonia hàng năm là 55 triệu tấn, chiếm khoảng 30% tổng công suất của thế giới. Tỷ trọng đáng kể này chủ yếu xuất phát từ sự phụ thuộc vào sản xuất ammonia từ than, do thiếu trữ lượng khí đốt tự nhiên lớn hơn ở Trung Quốc. Sản xuất ammonia từ than được coi là một trong những phương pháp gây ô nhiễm nhất, góp phần gây ra lượng phát thải thuộc Phạm vi 1 ít nhất 4 tấn carbon dioxide trên mỗi tấn ammonia.

Sản xuất ammonia từ than thường tốn kém hơn so với sản xuất từ khí đốt tự nhiên, đặc biệt ở các quốc gia có chi phí khí đốt tự nhiên thấp. Do trữ lượng khí đốt tự nhiên hạn chế và do đó công suất thấp hơn, cũng như ý chí chính trị đối với CCS, quá trình loại bỏ carbon ở Trung Quốc có thể phải xảy ra thông qua xuất khẩu carbon dioxide qua đường ống và tàu hoặc khả thi hơn là thông qua các con đường dựa trên điện phân kết hợp với năng lượng tái tạo. Trung Quốc đã tự hào có các nhà máy quy mô gigawatt để sản xuất máy điện phân với chi phí thấp hơn đáng kể so với các nhà sản xuất phương Tây. Khoảng cách chi phí giữa sản xuất ammonia dựa trên hóa thạch và điện phân ở Trung Quốc được cho là nhỏ nhất thế giới.

Trung Quốc gần đây đã tiết lộ kế hoạch xây dựng nhiều nhà máy ammonia xanh tái tạo quy mô lớn tận dụng diện tích đất khổng lồ và khả năng phát triển các dự án quy mô lớn một cách nhanh chóng. Trong khi nhu cầu về ammonia làm nguyên liệu giảm nhẹ vào năm 2050, xuống còn 51 triệu tấn, thì nhu cầu về ammonia làm chất mang năng lượng lại tăng từ mức gần như bằng 0 hiện nay lên 57 triệu tấn. Thật trùng hợp, năm 2050 cũng đánh dấu năm đầu tiên nhu cầu về ammonia với tư cách là chất mang năng lượng tăng cao. lớn hơn nhu cầu ammonia cho nguyên liệu ở Trung Quốc. Khoảng một phần ba sản lượng ammonia carbon thấp sẽ đến từ năng lượng tái tạo, thông qua lưới điện hoặc sản xuất tái tạo chuyên dụng, phần còn lại sẽ đến từ các nguồn hóa thạch được trang bị CCS. Tuy nhiên, sản xuất ammonia trong nước sẽ chỉ đáp ứng được khoảng 1/10 nhu cầu của Trung Quốc. Do đó, một tỷ lệ lớn nhu cầu ammonia, khoảng 40 triệu tấn, sẽ được nhập khẩu từ Đông Bắc Á-Âu dưới dạng ammonia xanh.

Triển vọng cho methanol xanh: Hiện nay, methanol chủ yếu được sử dụng để sản xuất hóa chất, đặc biệt là sản xuất formaldehyd và hiếm khi được sử dụng làm nhiên liệu. Tuy nhiên, sáng kiến ngày càng tăng nhằm thúc đẩy vận tải sử dụng methanol ở Trung Quốc có thể làm thay đổi triển vọng của nó.

Lợi ích của việc sử dụng methanol làm nhiên liệu vận chuyển là rất đa dạng. Nó có chi phí sản xuất thấp hơn so với nhiên liệu thay thế và ít bắt lửa hơn, đảm bảo nâng cao độ an toàn khi sử dụng động cơ so với xăng. Hơn nữa, trạng thái lỏng của nó ở nhiệt độ môi trường xung quanh tạo điều kiện cho việc lưu trữ và phân phối thuận tiện. Hơn nữa, khi được sản xuất từ các nguồn tái tạo và sinh khối hoặc thông qua các phương pháp thu hồi carbon, methanol được coi là nhiên liệu có hàm lượng carbon thấp.

Vận tải, lĩnh vực hàng hải hiện đang trải qua quá trình chuyển đổi về công nghệ nhiên liệu, với 50% trọng tải đặt hàng mới được trang bị để sử dụng LNG, LPG hoặc methanol trong động cơ nhiên liệu kép. Đây là mức tăng rõ rệt so với 1/3 trọng tải đặt hàng trong năm trước.

DNV dự báo sản lượng methanol dành cho sử dụng năng lượng, chẳng hạn như nhiên liệu vận tải, sẽ đạt 5,5 triệu tấn vào năm 2030 và gần 60 triệu tấn vào năm 2050 chủ yếu xuất phát từ các nguồn không hóa thạch. Chỉ 10% sẽ được sản xuất thông qua chuỗi giá trị hóa thạch được trang bị CCS.

Link nguồn:

https://safety4sea.com/wp-content/uploads/2024/04/DNV-Energy_Transition_Outlook_China_2024_04.pdf

Trung Quốc và bài toán chuyển dịch năng lượng (Kỳ III)

Trung Quốc và bài toán chuyển dịch năng lượng (Kỳ II)

Chuyển dịch năng lượng tại Trung Quốc (Kỳ I)

Tuấn Hùng

SAFETY4SEA