Hydrogen xanh trong nền kinh tế carbon thấp ở Việt Nam

Thông thường, người ta gán cho hydrogen ba màu - xanh, lam và xám - ứng với các cách mà chúng được sản xuất và lưu trữ carbon. Các loại hydrogen ở Việt Nam hiện nay được gọi là hydrogen “xám” vì chúng sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, thông qua quá trình nhiệt khí hóa hoặc reforming tạo ra H2 và thải CO2 ra bầu không khí.

Nếu lượng CO2 này được thu giữ và chôn vào lòng đất, sản phẩm của quá trình đó sẽ chuyển thành hydrogen “lam”. Còn nếu hydrogen được sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời thông qua quá trình điện phân nước thì chúng mặc nhiên được công nhận là hydrogen “xanh” vì mức độ phát thải carbon gần như tối thiểu.

Trong tầm nhìn của “Vietnam Energy Outlook 2021”, GS. David Cebon tại Đại học Cambridge phân tích rằng các nguồn năng lượng tái tạo phong phú của Việt Nam đang đặt đất nước vào một vị thế có thể sản xuất năng lượng với “chi phí thấp nhất, phát thải ròng thấp nhất và an ninh năng lượng cao nhất, tới 90%”. Ông cho rằng phát triển hydrogen xanh là một hướng đi đáng cân nhắc.

Đồng tình với quan điểm này, TS. Nguyễn Hữu Lương, chuyên gia tại Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) cho biết, Việt Nam có thể phát triển hydrogen lam và hydrogen xanh. Nhưng do đến năm 2030, nhu cầu về khí tự nhiên đã vượt quá nguồn cung của các mỏ khí trong nước nên nếu phát triển hydrogen lam thì sẽ phải nhập khẩu LNG từ nước ngoài để làm đầu vào, kéo theo những rủi ro về biến động giá.

Bên cạnh đó, hydrogen lam phải đầu tư thêm công nghệ lưu trữ carbon. Ước tính, các công nghệ chuyển hóa CO2 thành vật liệu và hóa chất sử dụng trong đời sống như methanol, dimetinmeta, nano carbon có thể giúp Việt Nam giải quyết 5 triệu tấn CO2/năm, trong khi các công nghệ chôn lấp khí CO2 trong cấu trúc địa chất phù hợp có thể giải quyết 400 triệu tấn CO2/năm. Tuy nhiên, những công nghệ này không hề rẻ.

Trong khi đó, việc sản xuất hydrogen xanh từ năng lượng tái tạo để điện phân nước biển tỏ ra khả thi hơn. Nó có thể tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo nội địa – bao gồm điện gió ngoài khơi (6m/s), điện gió trên bờ (5m/s) và điện mặt trời (4,6 kWh/m2, ngày) ở các vùng Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ – cùng nguồn nước biển dồi dào để tiết kiệm nước ngọt cho các hoạt động dân dụng khác.

Tuy vậy, hướng đi này cũng phải đối mặt với những thách thức về công nghệ, bao gồm những vấn đề về ăn mòn điện cực trong quá trình điện phân nước biển mà thế giới đang phải nghiên cứu, hoặc phải có thêm công nghệ lọc nước biển thành nước ngọt hiệu quả để điện phân nước ngọt bằng những công nghệ đã được thương mại hóa.

Nghiên cứu của VPI tính toán, tiềm năng lý thuyết để sản xuất hydrogen xanh của Việt Nam vào khoảng 53-67 triệu tấn/năm, dư thừa để đáp ứng cho những nhu cầu công nghiệp và giao thông tiềm năng và thậm chí có thể xuất khẩu. Chi phí sản xuất hydrogen xanh ban đầu sẽ cao hơn hydrogen lam, tuy nhiên xu hướng này sẽ đảo chiều vào năm 2028. Theo báo cáo của IREA 2022, chi phí sản xuất hydrogen xanh ở Việt Nam có thể xuống tới 0,7 - 1,6 USD/kg vào năm 2050.

Do vậy TS. Nguyễn Hữu Lương nhấn mạnh, về lâu dài hydrogen xanh sẽ là lựa chọn tốt hơn hydrogen lam. Mặt khác, các chuyên gia đều đồng tình rằng, hydrogen xám sẽ không còn được khuyến khích bởi chúng tạo ra gánh nặng môi trường và đi ngược với xu thế mà Việt Nam đã cam kết.

Các lĩnh vực ‘khó giảm’ carbon, chẳng hạn như sắt, thép, xi măng, hóa chất, vật liệu xây dựng, giao thông vận tải phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch và chiếm khoảng 30% lượng CO2 hăng năm, vì vậy việc khử cacbon trong các lĩnh vực này là cực kì quan trọng.

Khi xem xét con đường giảm carbon, những nước tương đối giàu có như Mỹ và Châu Âu đang theo đuổi chiến lược tập trung vào sản xuất điện tái tạo và xe điện. Tuy nhiên, Việt Nam phải đối mặt với những thách thức khác biệt đáng kể vì trong cơ cấu kinh tế và phát thải carbon của mình, những ngành công nghiệp nặng chiếm tỷ trọng chủ yếu.

Nghiên cứu mới công bố của VIETSE đã nhấn mạnh cách nền kinh tế Việt Nam có thể sử dụng hydrogen xanh để khử cacbon trong một số lĩnh vực để đạt được mục tiêu Net Zero vào năm 2050. Vì việc ứng dụng hydrogen cần cân nhắc đến hiệu quả sử dụng năng lượng và mức độ sẵn sàng của công nghệ nên hai vấn đề nghiên cứu được đặt ra là: (i) Lĩnh vực nào ở Việt Nam nên được triển khai hydrogen? (ii) Và có thể đưa hydrogen xanh thâm nhập vào nền kinh tế bằng những lộ trình nào?

TS. Phạm Duy Hoàng, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: “Mặc dù các quyết tâm chính trị về năng lượng tái tạo ở Việt Nam đã rất rõ ràng và tiềm năng của hydrogen cũng rất lớn nhưng chúng ta cũng cần những lộ trình cụ thể để biến chúng thành hiện thực. Việc lấp đầy khoảng trống nghiên cứu này sẽ giúp vạch ra một con đường tốt hơn cho hydrogen trong nền kinh tế năng lượng của đất nước”.

Vì ở Việt Nam, hydrogen xanh sẽ rẻ hơn hơn hydrogen lam vào năm 2028 và những công nghệ hydrogen được trông đợi sẽ sẵn sàng hoặc được thương mại hóa vào sau năm 2030; cùng lúc đó hydrogen phải cạnh tranh với những công nghệ khác như biomass, và có những lúc việc đồng đốt hydrogen với nguyên liệu khác để cấp nhiệt cho công nghiệp tỏ ra kém hiệu quả nên các nhà nghiên cứu đã xây dựng một thang phân loại 7 cấp độ để xếp các ngành sử dụng hydrogen theo mức độ giảm dần - từ “tất yếu” đến “không thể cạnh tranh” được.

Các ngành “tất yếu” nên ưu tiên sử dụng hydrogen bao gồm 4 ngành công nghiệp (lọc hóa dầu, phân bón, thép và xi măng), một số lĩnh vực giao thông vận tải (vận tải đường bộ nhưng chỉ với loại hình đường dài như xe khách, xe tải; vận tải đường sắt; vận tải biển và hàng không).

Hydrogen cũng có thể sử dụng trong lĩnh vực điện tại các nhà máy điện than hoặc điện khí để trở thành nguồn linh hoạt, tuy nhiên vì vấn đề sản lượng suy giảm khi các quá trình công nghiệp kéo dài nên hydrogen được khuyến nghị tốt nhất là dùng để sản xuất điện tại chỗ và truyền trực tiếp lên lưới, thay vì hóa khí/hóa lỏng để truyền đi nơi khác.

Phần lớn những ngành còn lại có tiềm năng điện khí hóa đều được đề xuất là hạn chế dùng hydrogen vì “không thể cạnh tranh”. Mặt khác, hydrogen cũng có tiềm năng xuất khẩu rất lớn một khi Việt Nam xác định được những thị trường đích có thể tạo ra lợi thế cạnh tranh về giá thành sản xuất, lưu trữ, vận tải và chính sách thị trường.

Dựa trên cơ sở phân tích này, VIETSE đã xây dựng ba kịch bản thâm nhập hydrogen vào các ngành với tỷ lệ và tốc độ khác nhau, bao gồm: kịch bản hydrogen xanh được ứng dụng dựa trên các mục tiêu chính sách hiện hành (thâm nhập từ 12,5-100%), kịch bản ứng dụng hydrogen xanh có độ trễ về công nghệ và tỷ lệ thâm nhập thấp (10-80%), và kịch bản ứng dụng hydrogen xanh theo xu hướng phát triển công nghệ của thế giới và tỷ lệ thâm nhập cao (25-100%). Theo đó vào năm 2050, nhu cầu sử dụng hydrogen xanh ở Việt Nam lần lượt là 58,3 triệu tấn; 4,4 triệu tấn và 9,17 triệu tấn mỗi năm.

Với mong muốn chuyển sang một nền kinh tế tăng trưởng nhanh nhưng ít phát thải carbon hơn, hydrogen xanh là một lựa chọn khả dĩ. Tuy nhiên, cho đến nay, Việt Nam chưa công bố mục tiêu hoặc kế hoạch cụ thể về việc phát triển hydrogen xanh.

Sự chậm trễ này có lý do của nó. Bất chấp sự cường điệu trên thế giới, hydrogen là một nhiên liệu khá kém và phải đối mặt với những trở ngại lớn về cả kinh tế, kỹ thuật và thương mại. Hydrogen có mật độ năng lượng thấp nhất so với bất kỳ loại nhiên liệu có sẵn nào, mang đến những rủi ro an toàn vì tính chất dễ cháy nổ, không màu, không mùi của nó và phải đối mặt với những rào cản hậu cần để lưu trữ và phân phối.

Từ trước tới tay, việc sử dụng hydrogen được kiểm soát trong phạm vi nhà máy và do những người được đào tạo bải bản quản lý. Việc đưa hydrogen rộng rãi vào xã hội sẽ đòi hỏi nhiều biện pháp, tiêu chuẩn và kỹ năng hoàn toàn mới, trong đó phải tính đến những vấn đề như bảo hiểm, xử lý vật liệu, chữa cháy và quản lý thảm họa. Một số chuyên gia quốc tế tin rằng, hydrogen chỉ có thể đóng một vai trò cận biên trong quá trình chuyển đổi năng lượng.

Những trở ngại này đã không ngăn cản các chính phủ và công ty trên toàn cầu đầu tư hàng tỷ đô la vào các công nghệ và dự án sản xuất hydrogen. Chìa khóa để giảm chi phí hydrogen xanh trong tương lai chủ yếu nằm ở những cải tiến công nghệ và giảm chi phí liên quan đến sản xuất hàng loạt và mở rộng quy mô điện phân. Và ở mức độ thấp hơn là giảm chi phí tăng thêm trong quá trình vận chuyển và xử lý. Ở Việt Nam, Tập đoàn Dầu khí PetroVietnam (PVN) đang nhắm tới cơ hội này.

Ông Đặng Thanh Tùng, đại diện Ban chiến lược tại PVN, cho biết Tập đoàn có điều kiện thuận lợi để sản xuất hydrogen thương mại sau năm 2030 và điều này sẽ giúp họ thâm nhập thị trường toàn cầu. PetroVietnam đang nghiên cứu phát triển năng lượng hydrogen và thực hiện các nghiên cứu khả thi cho một số dự án sản xuất hydrogen xanh từ năng lượng tái tạo.

Các cơ sở lọc dầu của PetroVietnam như Dung Quất và Nghi Sơn đang xây dựng một kế hoạch nghiên cứu dài hạn về hydrogen. Hai nhà máy đạm Phú Mỹ và đạm Cà Mau sản xuất hydrogen xám của Tập đoàn cũng sẽ sớm phải đối mặt với vấn đề thiếu nhiên liệu, do vậy họ cũng đang có những dự án pilot để sử dụng hydrogen xanh thay thế một phần sản xuất amoniac ở đây. PVN cũng đang muốn phát triển lĩnh vực điện gió ngoài khơi và coi đây là tiền đề cho việc sản xuất hydrogen xanh từ điện gió ngoài khơi, bởi Tập đoàn có thể tận dụng được kinh nghiệm, cơ sở hạ tầng và đội ngũ nhân lực đã có từ hàng chục năm phát triển ngành dầu khí ngoài đại dương.

Ông Nguyễn Anh Đức, Viện trưởng VPI nói rằng, các tiến bộ của công nghệ đang giúp giá thành sản xuất hydrogen giảm đáng kể (50%) vào năm 2030, trong khi PVN có thể tận dụng được những giàn khoan và đường ống dẫn khí đã có để đặt cơ sở sản xuất hydrogen xa bờ và dẫn khí vào đất liền. Tại mặt đất, họ có thể phân phối nhiên liệu này thông qua hệ thống phân phối xăng dầu, CNG, LNG đang rất phát triển. Bằng cách này, Tập đoàn có thể giảm được chi phí hydrogen đến tay người dùng.

“Trong giai đoạn 2021-2030, năng lượng tái tạo sẽ chiếm 5-10% tổng công suất của Tập đoàn. Tỷ lệ này sẽ tăng 20% trong 15 năm tới. Trong bối cảnh năng lượng hóa thạch sẽ dần bị thu hẹp, PVN đang có mục tiêu chuyển từ một tập đoàn dầu khí sang thành tập đoàn năng lượng”, ông Đặng Thanh Tùng nói thêm.

Nhưng hydrogen sẽ không chỉ là cuộc chơi của một mình gã khổng lồ PVN. Muốn đưa loại năng lượng này vào sử dụng phổ biến hơn, Việt Nam cần có một quy hoạch lớn để hình thành nên chuỗi giá trị hydrogen với sự tham gia của nhiều doanh nghiệp tư nhân, đồng thời phát triển những chính sách khuyến khích sử dụng hydrogen (hoặc đánh thuế carbon cho việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch cũ) và các tiêu chuẩn kỹ thuật về an toàn với hydrogen. Trong bức tranh đó, các các tổ chức tài chính sẽ đóng vai trò đặc biệt quan trọng để thúc đẩy các dự án phát triển năng lượng hydrogen xanh.