Chuyển đổi mạng lưới đường ống dẫn khí của Mỹ sang vận chuyển hydrogen: cơ hội và thách thức. Ảnh: Pipeline&Gas Journal.

Giải pháp phổ biến trong tương lai

Việc xây dựng thêm khí đốt tự nhiên, dầu thô và đường ống dẫn nhiên liệu trên khắp Bắc Mỹ đang phải đối mặt với các yêu cầu bảo vệ môi trường và khí hậu của công chúng cũng như các chính trị gia. Việc hủy bỏ đường ống dẫn dầu Keystone XL là một trường hợp điển hình. Tương tự như vậy, NextEra Energy Inc. đang phải từ bỏ khoản đầu tư 1,2 tỷ USD vào dự án đường ống dẫn khí ở Mountain Valley từ Tây Virginia đến Virginia do một loạt quy định và nhiều vấn đề pháp lý, và đây sẽ không phải là trường hợp cuối cùng.

Các chủ sở hữu và nhà khai thác đường ống dẫn nhiên liệu hóa thạch dễ bị ảnh hưởng bởi yêu cầu của công chúng và chính phủ đối với ngành này. Họ đang tìm cách để tránh viễn cảnh tài sản của mình bị mắc kẹt trong các yêu cầu từ chính phủ liên bang và chính quyền bang về giảm lượng khí thải carbon, nhất là lệnh cấm đối với các phương tiện động cơ đốt trong mới từ năm 2035 ở California, New Jersey và Massachusetts. Giải pháp hiện tại và sẽ phổ biến nhất trong tương lai là chuyển đổi mạng lưới đường ống hiện có và xây dựng mạng lưới đường ống mới để vận chuyển hydrogen carbon thấp.

Theo báo cáo của Văn phòng Hiệu quả Năng lượng và Năng lượng Tái tạo (EERE), ở Mỹ hiện có khoảng 2.600 km (1.600 dặm) đường ống hydrogen đang hoạt động. Tuy nhiên, đó là đường ống dẫn hydrogen của các nhà sản xuất hydro thương mại, như Air Liquide, Air Products and Chemicals, Hydrogenics, Messer Group và The Linde Group. Các đường ống dẫn hydroge đều đặt ở những nơi có nhu cầu sử dụng hydrogen lớn, như các nhà máy lọc dầu và nhà máy hóa chất dọc theo khu vực vùng Vịnh Mexico của Mỹ.

Thị trường tiềm năng

Theo một báo cáo gần đây của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), nhu cầu hydrogen của Mỹ có thể tăng từ 22 triệu tấn/năm hiện tại lên 41 triệu tấn/năm vào năm 2050. Quá trình khử cacbon trong các quy trình công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng sẽ chiếm khoảng một nửa mức tăng trưởng nhu cầu về hydrogen. Khi xe điện vượt qua xe động cơ đốt trong, pin nhiên liệu có thể chiếm khoảng 1/4 mức tiêu thụ hydro với khoảng 29 triệu tấn/năm. Phần còn lại có thể cung cấp cho hệ thống năng lượng khác, như lưu trữ điện theo mùa (15 triệu tấn/ năm) và sử dụng để bơm vào hệ thống khí đốt tự nhiên.

Hiện tại, Tập đoàn Entergy Group có trụ sở tại New Orleans, công suất phát điện 30.000 MW phục vụ nhu cầu của 2,9 triệu khách hàng ở Arkansas, Louisiana, Mississippi và Texas, đã quan tâm phát triển hydrogen cùng với Mitsubishi Power, National Grid và Sempra Energy. Công ty điện lực và khí đốt New England National Grid ở bang New York và Sempra Energy ở California đang xem xét đưa hydrogen trong các đường ống dẫn khí đốt tự nhiên phân phối.

National Grid, hợp tác với Standard Hydrogen Corp., có kế hoạch giới thiệu một hệ thống lưu trữ và phân phối năng lượng đa năng, tái tạo, dựa trên hydrogen ở New York vào cuối năm 2022. Liên doanh này với Standard Hydrogen Corp. sẽ tập trung phát triển hệ thống lưu trữ và phân phối hydrogen đầu tiên ở khu vực Capital Region, bang New York. Đây là một dự án xanh sản xuất hydrogen độc quyền từ nguồn năng lượng tái tạo, lưu trữ và tiếp thị nó như một loại năng lượng không carbon để hỗ trợ các dịch vụ điện, sưởi ấm, phương tiện không phát thải và dịch vụ khí đốt thương mại.

Các đường ống của National Grid cũng có thể giúp khử cacbon trong các quy trình công nghiệp phụ thuộc vào khí đốt tự nhiên và kể cả ở hệ thống sưởi. National Grid cho biết việc sử dụng hydrogen sẽ giúp đạt mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính từ các hoạt động trực tiếp và các doanh nghiệp điện và khí đốt của mình, với tỷ lệ tương ứng là 80% và 20% vào năm 2030.

Một cơ sở đường ống vừa vận chuyển khí đốt vừa vận chuyển hydrogen ở Mỹ. Ảnh: Tư liệu.

Công ty con của Sempra Energy là San Diego Gas & Electric Co. (SDG & E) và Southern California Gas Co. (SoCalGas) đã đi tiên phong trong việc phát triển lưu trữ, truyền tải và sử dụng hydrogen ở California. Hiện tại, vào năm 2021, Sempra Energy đang nghiên cứu phát triển quá trình khử cacbon của các khu vực và trung tâm công nghiệp, hoặc các cụm công nghiệp, để giảm thiểu phát thải cacbon từ quá trình công nghiệp, như sản xuất, thép và hóa chất, không thể điện khí hóa.

Hydrogen rất linh hoạt và có sẵn ở nhiều dạng khác nhau như khí, dạng lỏng và đặc quánh. Hydrogen không màu, không mùi, không vị nhưng cũng là chất dễ cháy ở thể khí. Hydrogen được phân loại theo màu sắc, màu xám, hoặc xanh lam hoặc xanh lá cây để biểu thị năng lượng được sử dụng để tạo ra nó. Hydro xám chiếm hơn 90% tổng lượng hydro hiện đang được sản xuất. Hydro màu xanh lam thân thiện với môi trường hơn màu xám và được sản xuất theo cách tương tự như màu xám, chỉ khác là phát thải khí nhà kính từ quá trình sản xuất được thu giữ và lưu giữ hoặc tái sử dụng. Hydro xanh thân thiện với môi trường và không phát thải vì được sản xuất bằng năng lượng hạt nhân hoặc năng lượng tái tạo từ thủy điện, điện gió hoặc năng lượng mặt trời. Hydro xanh rất đắt, hiện ở mức từ 3 USD/kg đến 6,55 USD/kg, so với hydro xám dưới 2 USD/kg. Điều tốt nhất cho các công ty đường ống là khi vận chuyển hydrogen cho nơi có nhu cầu với số lượng lớn, yêu cầu cơ sở hạ tầng cơ bản tương tự như hạ tầng hiện nay vận chuyển khí tự nhiên.

Thách thức cần giải quyết

Đối với các nhà cung cấp khí đốt, câu hỏi đặt ra là liệu mạng lưới đường ống có sẵn sàng cho việc cung cấp hydrogen cho khách hàng hay không. Đa số mạng lưới điện truyền tải có đường ống dẫn khí bằng gang và thép có thể gặp một vấn đề là hydrogen có thể gây ra hiện tượng lún các đường ống kim loại.

National Grid đang tiến hành nghiên cứu về tác động của các hỗn hợp hydro khác nhau đối với mạng lưới đường ống của họ, bắt đầu từ 2%, tăng lên 20% và cuối cùng là 100%. Các chủ sở hữu và nhà điều hành đường ống dẫn khí đốt của Mỹ sở hữu khoảng 5 triệu km (3 triệu dặm) đường ống. Nếu nhận được sự ủng hộ của các nhà đầu tư, cơ quan quản lý và công chúng đối với hydrogen, họ có thể tận dụng tài sản của mình trong tương lai gần và làm cho đất nước trở nên xanh tươi. Nếu được cấp phép, National Grid và Sempra Energy sẽ pha trộn hydro với khí tự nhiên để cung cấp cho các khách hàng công nghiệp, thương mại và dân cư trong thập kỷ tới./.