Nhật Bản đặt cược chuyển đổi năng lượng Hydro

Là một phần của kế hoạch 30 năm nhằm loại bỏ khí thải carbon, nếu tham vọng của Nhật Bản thành hiện thực, nước này sẽ đặt nền tảng vững chắc cho chuỗi cung ứng năng lượng hydro toàn cầu.

Đầu tư lớn cho năng lượng hydro

Trong vài năm trở lại đây, từ chính phủ đến doanh nghiệp Nhật Bản đã đầu tư rất nhiều vào ngành năng lượng hydro. Theo thống kê của Wall Street Journal, trong hai năm kết thúc vào năm 2019, ngân sách đầu tư cho R&D liên quan đến năng lượng hydro của chính phủ Nhật Bản đã tăng hơn gấp đôi lên 300 triệu đô la Mỹ, giới doanh nghiệp tư nhân còn chi gấp nhiều lần con số này. 

Vào tháng 12 năm ngoái, Nhật Bản đã công bố một lộ trình sơ bộ cho năng lượng hydro trong đó yêu cầu đến năm 2050, hydro và các nhiên liệu liên quan sẽ tăng từ mức phát điện gần như bằng không hiện nay lên 10% điện năng, cụ thể một phần đáng kể năng lượng hydro sản xuất điện được sử dụng cho các mục đích khác như vận chuyển hoặc sản xuất thép. Hiện tại, chính phủ Nhật Bản vạch ra một kế hoạch năng lượng cuối cùng có thể bao gồm các mục tiêu phát triển hydro chính thức và ước tính chi phí. Ngoài ra, nhà nước dự kiến ​​cũng sẽ cung cấp các khoản trợ cấp năng lượng hydro nhằm ngăn chặn sự phát triển của các công nghệ phát thải carbon, đưa năng lượng hydro trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày thông qua xây dựng tàu, bến khí đốt tự nhiên và các cơ sở hạ tầng khác.

Đánh giá về hành động của các công ty tư nhân, Wall Street Journal cũng trích dẫn nhiều nỗ lực của các công ty Nhật Bản trong lĩnh vực năng lượng hydro. Công ty điện lực lớn nhất Nhật Bản JERA đang có kế hoạch giảm lượng khí thải carbon bằng cách đưa hợp chất hydro amoniac vào các nhà máy nhiệt điện than. Công ty này đã ký một biên bản ghi nhớ với nhà sản xuất amoniac lớn nhất thế giới vào tháng 5 năm nay để cải thiện chuỗi cung ứng. Tại Yokohama, nhà sản xuất công nghiệp nặng IHI cải tiến các tuabin khí để đốt hỗn hợp amoniac tạo ra hydro. Nếu suôn sẻ, JERA hy vọng sẽ áp dụng công nghệ này trong tất cả các nhà máy than vào năm 2030 và sau đó tăng dần tỷ lệ amoniac được sử dụng để giảm lượng khí thải carbon.

Để hoàn thành thí nghiệm cần tăng cường nguồn cung cấp amoniac, thử nghiệm sơ bộ của JERA yêu cầu khoảng 500.000 tấn amoniac mỗi năm, bằng khoảng một nửa mức tiêu thụ hiện tại của Nhật Bản. Theo dự báo của nhóm tư vấn thuộc Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản, đến năm 2050, Nhật Bản có thể tiêu thụ 30 triệu tấn amoniac và 20 triệu tấn hydro mỗi năm, trong khi lượng giao dịch amoniac toàn cầu hiện nay chỉ là 20 triệu tấn. Các nhà sản xuất hóa chất truyền thống bao gồm Mitsubishi và Mitsui Heads được giao nhiệm vụ cung cấp amoniac. Hiện tại, Mitsui đang thảo luận về khả năng xây dựng một nhà máy amoniac lớn ở Ả Rập Xê Út mà tập đoàn này tin rằng đây là cách rẻ nhất để thu được nhiên liệu. Phía Mitsubishi đàm phán với các nhà cung cấp tiềm năng ở Bắc Mỹ, Trung Đông và châu Á, đồng thời cũng gặp mặt các đối tác vận tải biển để đóng các tàu chở amoniac.

Ngoài lĩnh vực phát điện, các doanh nghiệp vận tải biển như Công ty TNHH Vận tải biển Umori thiết kế những con tàu chuyên vận chuyển năng lượng hydro. Về công nghệ, Kawasaki Heavy Industries đang phát triển công nghệ cần thiết để xử lý hydro hóa lỏng, bao gồm các bồn chứa và đường ống làm bằng thép không gỉ hai lớp, công nghệ cách nhiệt chân không được sử dụng giữa các lớp của thiết bị. Ngoài ra, công ty cũng đã xây dựng một bể chứa hydro hình cầu giữa đại dương có tiềm năng trở thành thiết bị đầu cuối nạp hydro hóa lỏng đầu tiên của Nhật Bản. Đồng thời, nhiều doanh nghiệp đầu tư hy vọng sẽ đẩy nhanh việc sử dụng hydro tinh khiết. Các nhà sản xuất xe hơi, xe tải và thiết bị hạng nặng của Nhật Bản, bao gồm Toyota Motor, thúc đẩy sản xuất nhiều phương tiện chạy bằng hydro hơn.

Khó khăn còn nhiều

Mặc dù năng lượng hydro có thể thay thế các nhiên liệu hóa thạch như than đá, khí đốt tự nhiên và dầu mỏ, nhưng đưa vào sử dụng năng lượng hydro vẫn còn nhiều khó khăn. Vấn đề đầu tiên là chi phí. Nếu chi phí quá cao, năng lượng này sẽ khó mà đưa vào sử dụng rộng rãi. Trước hết, nguyên liệu thô cần thiết để sản xuất hydro phải là nước tinh khiết đã qua xử lý hoặc các nhiên liệu hóa thạch khác, quá trình này đòi hỏi rất nhiều chi phí, mặt khác, khi sản xuất hydro, chất xúc tác kim loại quý-platin cũng không thể thiếu. Điều đáng chú ý là sử dụng công nghệ hiện có sẽ phát thải khí nhà kính.

Vấn đề thứ hai trong việc sử dụng năng lượng hydro là pin nhiên liệu hydro. Trước hết, năng lượng của pin nhiên liệu hydro thấp, không phù hợp với xe hơi; mặt khác, tuổi thọ của pin nhiên liệu hydro ngắn và công nghệ màng trao đổi được sử dụng chỉ có thể duy trì pin trong hàng nghìn giờ. Cuối cùng, pin nhiên liệu hydro thải ra nước và làm thế nào để xử lý lượng nước này cũng là một vấn đề. 

Thứ ba liên quan đến an toàn năng lượng. Hydro là một nguồn năng lượng không ổn định, dễ gây nổ và các phản ứng khác. Hiện tại, công tác bảo vệ vẫn chưa được thực hiện đầy đủ. Cuối cùng là thiếu các phương tiện hỗ trợ và các phương pháp vận chuyển và lưu trữ. Do đó, nếu muốn phổ biến các phương tiện sử dụng năng lượng hydro cần phải xây dựng các trạm tiếp nhiên liệu, các trạm lưu trữ và đường ống, thu hút người dùng và hình thành thị trường. Nhật Bản đã chọn một con đường mạnh dạn sử dụng amoniac, một hợp chất của nitơ và hydro để sản xuất hydro. Mặc dù chi phí sản xuất cao hơn nhưng việc vận chuyển, bảo quản và buôn bán amoniac dễ dàng hơn và được sản xuất trên quy mô lớn trong các lĩnh vực như phân bón. Trước muôn vàn khó khăn, liệu Nhật Bản có thể trở thành “kẻ nắm quyền” trong chuỗi công nghiệp năng lượng hydro thông qua chiến lược sản xuất amoniac và làm thay đổi cuộc chơi hay không chỉ có thể để thời gian trả lời.

TL