Hydro có tiềm năng to lớn như một nguồn năng lượng sạch và dồi dào. Tuy nhiên, việc khai thác nó trên quy mô lớn bằng các công nghệ và kỹ thuật thông thường không hề đơn giản. Jon Davison, Giám đốc Sản phẩm – Nhiệt độ & Áp suất của ABB, giải thích những phát triển gần đây trong công nghệ đo lường có thể giúp giải quyết một số thách thức liên quan và có khả năng mang lại một cuộc cách mạng hydro mới.

Hydro là chất hóa học dồi dào nhất trong vũ trụ, chiếm khoảng 75% tổng lượng vật chất bình thường. Nó không màu, không mùi, không vị, không độc hại và rất dễ cháy. Tất cả những yếu tố này kết hợp lại làm cho hydro trở thành một yếu tố thay đổi cuộc chơi tiềm năng trong việc sản xuất năng lượng sạch nếu nó có thể được sản xuất một cách an toàn và bền vững.

Việc chuyển đổi từ nền kinh tế nhiên liệu hóa thạch sang nền kinh tế tái tạo chắc chắn sẽ gặp nhiều thách thức. Hơn nữa, không có “viên đạn bạc” nào có thể mang lại một xã hội không carbon chỉ sau một đêm. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng các công nghệ đã được thiết lập ngày nay, hydro có thể mở ra những tiến bộ nhanh chóng trên con đường hướng tới một tương lai bền vững hơn.

Điều gì thúc đẩy sự chuyển đổi sang hydro?
Nếu xã hội đạt tới mức 0 ròng trong khung thời gian do Thỏa thuận Paris đặt ra, thì điều này sẽ đòi hỏi một sự thay đổi lớn trong cách chúng ta sản xuất năng lượng. Các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời là một phần quan trọng của bất kỳ tổ hợp năng lượng nào trong tương lai, tuy nhiên, về bản chất, các nguồn này không liên tục. Mặc dù vấn đề này có thể được giảm thiểu ở mức độ nhất định nhờ thiết kế lưới điện tinh vi và khả năng dự phòng phù hợp, nhưng vẫn nên thận trọng khi có nguồn năng lượng liên tục để dự phòng. Theo truyền thống, điều này có nghĩa là than đá, hạt nhân và khí đốt tự nhiên. Tuy nhiên, cả ba điều này ở một mức độ nào đó đều được coi là có vấn đề trong bối cảnh số 0 ròng.

Mặt khác, hydro rất dồi dào và tương đối dễ tiếp cận, trong một số trường hợp tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có. Khi tác động của biến đổi khí hậu trở nên rõ ràng hơn và gây thiệt hại nhiều hơn, các giải pháp mới ngày càng cần thiết để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch và ít carbon. An ninh năng lượng cũng là yếu tố chính thúc đẩy sự chuyển đổi sang năng lượng bền vững hơn, với nhiều quốc gia đang tìm cách ngày càng tự cung tự cấp trong bối cảnh giá năng lượng tăng cao và biến động địa chính trị.

Hydro như một nguyên tố, bản thân nó là vô hình. Tuy nhiên, khi được sử dụng làm nguồn năng lượng, nó được phân loại theo phương pháp sản xuất và mỗi loại có màu sắc riêng. Mặc dù quy ước đặt tên khác nhau tùy theo từng vùng, hydro có thể có màu xám, xanh dương, xanh lá cây, đen, nâu, hồng, vàng hoặc xanh ngọc tùy thuộc vào cách sản xuất.

Ở dưới cùng của thang đo, chúng ta có hydro đen và nâu, những chất gây hại cho môi trường nhất. Trong các quá trình này, CO₂ và carbon monoxide sinh ra trong quá trình sản xuất hydro không được thu hồi. Hydro xám hiện là dạng hydro phổ biến nhất và được tạo ra từ khí tự nhiên hoặc metan thông qua một quá trình gọi là cải cách hơi nước.

Hydro xanh tiến thêm một bước nữa bằng cách thu giữ carbon được tạo ra trong quá trình cải cách hơi nước và lưu trữ nó dưới lòng đất trong một quy trình thường được gọi là thu giữ và lưu trữ carbon (CCS). Phương pháp này là một cải tiến lớn đối với hydro đen, nâu và xám xét về tác động môi trường của nó. Tuy nhiên, nó không thể được coi là nguồn nhiên liệu hoàn toàn không có carbon, vì không phải tất cả lượng carbon tạo ra trong quá trình đều có thể được thu hồi. Hơn nữa, việc lưu trữ carbon trong lòng đất vốn không bền vững.

Hydro xanh là chén thánh của sản xuất hydro. Đây là nơi hydro được sản xuất bằng phương pháp điện phân để tách nước thành hydro và oxy. Điện được cung cấp từ các nguồn tái tạo và tạo ra ít hoặc không tạo ra khí thải carbon. Hydro xanh là nhiên liệu đốt sạch và chỉ tạo ra nước dưới dạng sản phẩm phụ. Mặc dù hydro xanh đã được chứng minh ở quy mô nhỏ nhưng công nghệ và quy trình vẫn chưa được phát triển để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất nó trên quy mô lớn hơn.

Cách tiếp cận bước đệm
Cho đến khi chúng ta có công nghệ và cơ sở hạ tầng để sản xuất rộng rãi hydro xanh, hydro xanh là điều tốt nhất tiếp theo. Để đạt được mục tiêu đó, mặc dù bản thân hydro xanh là một giải pháp không hoàn hảo nhưng nó lại là một công nghệ hỗ trợ quan trọng hoặc bước đệm hướng tới năng lượng không có carbon. Tiến bộ công nghệ trong thời đại hiện đại diễn ra theo từng bước thay vì thay đổi mô hình, và người ta cho rằng không thể đạt được sản xuất hydro xanh quy mô lớn nếu không nắm vững việc sản xuất hydro xanh trước tiên.

Do đó, CCS cũng là một phần quan trọng trong hành trình hướng tới sản xuất năng lượng không phát thải. CCS được một số người coi là gây tranh cãi, tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ là nó không phải và không nên được coi là giải pháp qua đêm để đạt mức 0 ròng. Đúng hơn, nó là bước đệm cho sự chuyển đổi rộng rãi hơn sang sản xuất năng lượng hydro xanh và không phát thải. Trong một thế giới lý tưởng, chúng ta sẽ ngay lập tức chuyển sang một cuộc sống không có carbon, tuy nhiên điều này đơn giản là không thực tế nếu không có sự gián đoạn xã hội đáng kể. Các nền kinh tế cần thời gian để thích ứng, công nghệ cần thời gian để phát triển và các dự án cơ sở hạ tầng cần thời gian và đầu tư trước khi có thể đi vào hoạt động. Hydro xanh, và bằng cách mở rộng CCS, có thể mở đường cho việc tăng quy mô sản xuất hydro xanh một cách nhanh chóng và hiệu quả về mặt chi phí trong tương lai.

Đo lường chính xác trong sản xuất hydro
Việc sản xuất cả hydro xanh lam và xanh lục, đặc biệt trên quy mô lớn, không phải là không có thách thức. Các quy trình phải được kiểm soát với độ chính xác cao để đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn, đồng thời đạt được năng suất, hiệu suất và độ tinh khiết tối đa của sản phẩm cuối cùng là khí hydro. Kiểm soát hiệu quả các biến này đòi hỏi phải đo lường hiệu quả.

Khi di chuyển một lượng hydro từ nơi này sang nơi khác, bạn cần biết chính xác có bao nhiêu sản phẩm liên quan đến việc chuyển giao, đặc biệt là cho mục đích thanh toán và đánh thuế. Điều này thường đạt được thông qua đo lưu lượng. Đo áp suất cũng rất quan trọng để đảm bảo rằng đường ống và cơ sở hạ tầng khác sẽ không bị vỡ hoặc ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của quy trình.

Việc nén hoặc giải nén khí hydro sẽ khiến nó sinh ra hoặc mất nhiệt. Việc tạo ra quá nhiều có thể khiến nó bốc cháy và do đó, nhiệt độ cũng phải được đo vì mục đích an toàn. Chất lượng cũng rất quan trọng. Hầu hết hydro được bán trên thị trường không phải là hydro nguyên chất 100%, vì các chất phụ gia như nitơ có thể được thêm vào với số lượng nhỏ. Do đó, cả người mua và người bán đều cần biết tỷ lệ giữa hydro nguyên chất và các chất phụ gia là bao nhiêu để xác định giá và mang lại sự minh bạch cho thị trường rộng lớn hơn.

Việc đo lường hydro có thể tạo ra những thách thức riêng. Ví dụ, sự thẩm thấu là một vấn đề cụ thể trên các dụng cụ đo áp suất. Chúng có một màng mỏng bên trong, qua đó khí, hơi và chất lỏng có thể xâm nhập. Theo thời gian, điều này cuối cùng sẽ gây ra sự dịch chuyển hiệu chuẩn, đây có thể là một vấn đề nghiêm trọng khi nó có nguy cơ làm gián đoạn các phép đo quan trọng. Việc lựa chọn công nghệ đo lường phù hợp cho ứng dụng phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo rằng các quy trình luôn hiệu quả và an toàn.

Điều quan trọng là trong khi một số phép đo quan trọng hơn các phép đo khác ở các giai đoạn nhất định thì phép đo lưu lượng, áp suất, nhiệt độ và chất lượng đều được yêu cầu ít nhất ở một mức độ nào đó. Làm như vậy cho phép các công ty có được bức tranh hoàn chỉnh về những gì đang diễn ra trong suốt các giai đoạn sản xuất, phân phối và vận chuyển.

Để đạt được mức 0 ròng nhất thiết phải giảm đáng kể quy mô hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí trên toàn thế giới. Tuy nhiên, dầu khí là một ngành rất trưởng thành và nhiều nền kinh tế vẫn phụ thuộc nhiều vào ngành này về thu nhập, thương mại và an ninh năng lượng. Do đó, điều này có thể là rào cản lớn đối với tiến trình đạt được các mục tiêu về khí hậu.

Hydro có khả năng giúp làm trơn tru quá trình chuyển đổi ở đây. Cùng với việc thay thế nhiên liệu hóa thạch thông thường như một mặt hàng có thể trao đổi, phần lớn cơ sở hạ tầng, công nghệ và chuyên môn cần thiết để sản xuất hydro quy mô lớn đã được phát triển và hoàn thiện cho ngành dầu khí. CCS là một ví dụ về kỹ thuật có thể mang lại lợi ích ngắn hạn cho các quy trình dầu khí, bằng cách bơm carbon vào các giếng hiện có để mang lại sản lượng lớn hơn.

Thực hiện các bước tiếp theo hướng tới tương lai hydro
Bởi vì sản xuất hydro là một ngành tương đối mới so với dầu khí nên khung pháp lý xung quanh nó gần như không phức tạp. Cần phải nhanh chóng mở rộng quy mô khuôn khổ này để đảm bảo rằng nó có thể bắt kịp với việc mở rộng đồng thời cơ sở hạ tầng hydro. Ví dụ, nhiều tiêu chuẩn áp dụng cho đồng hồ đo khí, thiết bị chuyển đổi và phần mềm trong các ứng dụng dầu khí lại không áp dụng được cho hydro. Điều này cần phải thay đổi và các bên liên quan chính trong bối cảnh hydro cần phải cùng nhau thiết lập và hài hòa các tiêu chuẩn khả thi cho ngành công nghiệp rộng lớn hơn.

ABB là nhà cung cấp chính các giải pháp đo lường cho cả nhiên liệu hóa thạch và sản xuất năng lượng tái tạo và hiện đang tích cực tham gia vào các cuộc thảo luận này. Nó cũng đã phát triển một loạt các giải pháp mới dành riêng cho ngành công nghiệp hydro. Chúng bao gồm “H-shield”, được sử dụng trên các sản phẩm đo áp suất, mức và lưu lượng như một giải pháp thay thế ưu việt và tiết kiệm chi phí hơn cho mạ vàng thông thường, đồng thời cung cấp khả năng chống thấm hydro cực cao.

ABB cũng đã phát triển một loạt giải pháp không xâm lấn để thay thế cho giếng nhiệt truyền thống, dựa trên kinh nghiệm sâu rộng của công ty về công nghệ đo lường dầu khí. Các công cụ kỹ thuật số có thể giúp hỗ trợ người vận hành trong việc đảm bảo rằng thiết bị của họ luôn chính xác và không có lỗi, đồng thời tạo điều kiện chuyển sang bảo trì dự đoán và vận hành từ xa.

Để biết thêm thông tin về danh mục đo lường & phân tích hydro của ABB, hãy truy cập: https://new.abb.com/products/measurement-products/hydrogen

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://envirotecmagazine.com/2024/02/09/why-hydrogen-is-the-key-to-a-low-carbon-future/