Công nghệ pin nhiên liệu và kinh tế hydrogen

Trong cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970, General Motor đã nêu sáng kiến nên chuyển dần nền kinh tế dựa vào dầu mỏ sang nền kinh tế dựa vào hydrogen (hydrogen economy) nhằm giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ bất ổn ở Trung Đông và tránh được sự đổ vỡ nền kinh tế khi trữ lượng dầu mỏ đến ngày cạn kiệt.

Hydrogen là nguyên tố có nhiều nhất, cấu tạo nên 90% vật chất trong vũ trụ và trái đất; hiệu suất cháy của nó cao hơn dầu mỏ (60% so với 25%). Khi đốt hydrogen chỉ có một sản phẩm phụ duy nhất là nước, không kèm bất cứ chất thải nào có hại cho môi trường như khi đốt xăng dầu. Có nhiều cách sản xuất hydrogen, trong đó có biện pháp điện phân nước, mà nước chiếm 70% diện tích trái đất. Tóm lại hydrogen là nguồn năng lượng tái sinh sạch nhất, hiệu suất cao nhất và có nguồn cung cấp vô tận. Bởi vậy kinh tế hydrogen sẽ là nền kinh tế bền vững lý tưởng nhất của loài người.

Về nguyên tắc, tất cả các phương tiện chuyên chở chạy bằng xăng dầu đều có thể chuyển sang chạy bằng hydrogen. Khi ấy năng lượng hóa học của hydrogen được chuyển thành năng lượng cơ học bằng cách đốt hydrogen trong động cơ đốt trong, hoặc cho hydrogen phản ứng với oxygen trong pin nhiên liệu (FC, fuel cell), qua đó sinh ra điện. FC sẽ cung cấp cho nhân loại nguồn điện sạch và bền vững; sản phẩm phụ của nó chỉ là nước. Dùng hydrogen để chạy xe và phát điện là hai lĩnh vực rất có triển vọng, nhất là xe chạy pin nhiên liệu hydrogen (fuel cell vehicle, FCV). Tuy vậy giá thành FC hiện nay còn quá đắt khiến giá FCV bị đội cao quá mức thị trường có thể chấp nhận. Vì thế việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ FC và xây dựng hệ thống cung cấp hydrogen cho các xe FCV trở thành nhiệm vụ chính trong quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế hydrogen.

Tại Mỹ, từ 5/2001 Tổng thống Bush đã đề xuất kế hoạch phát triển năng lượng hydrogen. Tháng 2/2002 ông đưa ra Báo cáo Triển vọng dài hạn nước Mỹ chuyển sang kinh tế hydrogen năm 2030. Năm sau lại đề xuất Sáng kiến nhiên liệu hydrogen (HFI) nhằm thương mại hóa xe dùng FC hydrogen. Năm 2008 Mỹ đã chi 1 tỷ USD cho HFI. Tháng 2/2004, Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đưa ra dự án nghiên cứu triển khai công nghệ năng lượng hydrogen kèm biểu tiến độ thực hiện. Thời gian 2004~2008, Mỹ đã chi 1,7 tỷ USD cho nghiên cứu phát triển công nghệ FC.

Chính phủ Obama mới đầu không chủ trương phát triển kinh tế hydrogen vì cho rằng xe FCV có giá thành quá cao. Năm 2009, Steven Chu (Nobel Vật lý 1997) tân Bộ trưởng DOE cắt giảm ngân sách nghiên cứu FC từ 250 triệu USD xuống còn 70 triệu. Đến năm 2012 Chu đã thay đổi quan điểm, cho rằng do nước Mỹ có nguồn cung cấp khí đốt rồi rào nên xe dùng FC hydrogen có tiềm năng phát triển. Tháng 7/2012 DOE đầu tư 2,4 triệu USD xây dựng các trạm bơm hydrogen; sau đó lại cấp 1 triệu USD cho việc phân tích giá thành sản xuất vận chuyển nhiên liệu hydrogen. Ngày 13/5/2013, DOE khởi động Dự án H2USA với nội dung chính phủ và các công ty hợp tác xây dựng cơ sở hạ tầng phát triển nhiên liệu hydrogen. Ngày 12/6/2013, lại cấp 9 triệu USD để phát triển công nghệ hydrogen và FC.

EU, nhiều nước phương Tây, Nhật và Hàn Quốc cũng hăng hái nghiên cứu phát triển công nghệ FC và các loại xe chạy FC hydrogen. Một số loại FCV của Nhật và Hàn Quốc hiện đang được thị trường Mỹ ưa dùng.

Nhưng tiến trình chuyển đổi kinh tế dầu mỏ sang kinh tế hydrogen gặp sự chống đối từ giới công nghiệp dầu mỏ, vì họ không muốn chịu thiệt khi dầu mỏ mất địa vị thống trị nền kinh tế. Trước tiên, các mỏ dầu và nhà máy luyện dầu (giá bình quân 1 tỷ USD mỗi nhà máy) sẽ phải đóng cửa. Công nghệ FC chưa hoàn thiện cũng cản trở sự chuyển đổi nói trên. Ngoài ra từ thập niên 80, công nghệ thăm dò khai thác dầu mỏ có tiến bộ nhảy vọt, phát hiện nhiều mỏ dầu mới, giới kinh doanh lại lao vào đầu tư khai thác dầu mà coi nhẹ việc nghiên cứu sử dụng hydrogen.

Chính phủ Mỹ vẫn chưa chọn hydrogen làm nguồn năng lượng chính, mà muốn dùng khí đốt hóa lỏng thay cho dầu mỏ, vì gần đây Mỹ đã tự túc, thậm chí xuất khẩu khí đốt. TT Obama chủ trương đẩy mạnh sản xuất điện bằng khí đốt, phát triển ô tô chạy điện ăc quy, đặt các trạm nạp điện cho ô tô, đồng thời cắt giảm chi phí nghiên cứu FCV.

Chuyển sang nền kinh tế hydrogen là một công việc dài hạn và tốn kém, trong lúc các chính phủ đều phải dồn sức đạt được mục tiêu tăng trưởng trước mắt. Vì vậy kinh tế hydrogen hiện nay chưa được phát triển như dự kiến, nhưng các nhà khoa học vẫn tin rằng cuối cùng loài người sẽ từ bỏ dầu mỏ mà chuyển sang dùng hydrogen.

Để thúc đẩy tiến trình chuyển đổi nói trên, năm 2003 đã thành lập một tổ chức quốc tế là Chương trình đối tác Kinh tế hydrogen và Pin nhiên liệu (The hydrogen economy and fuel cell partnership program, IPHE), thành viên gồm EU và 17 nước : Australia, Áo, Brazil, Canada, Trung Quốc, Đức, Pháp, Iceland, Ấn Độ, Ý, Nhật, Hàn quốc, Na Uy, Nga, Nam Phi, Anh, Mỹ. Hàng năm Ban Chỉ đạo IPHE đều họp 2 lần để nghe Ban Thư ký IPHE và các nước thành viên báo cáo tình hình đầu tư phát triển công nghệ pin nhiên liệu FC và năng lượng hydrogen, trao đổi thông tin và bàn công tác phối hợp nghiên cứu.

Hội nghị lần thứ 19 Ban chỉ đạo IPHE đã họp tại London trong hai ngày 23-24/5/2013. Cuộc họp cho thấy các nước đều tăng đầu tư vào lĩnh vực giao thông, như Đức có dự án H2Mobility, Anh có UKH2Mobility. Mỹ vừa chính thức khởi động dự án H2USA nhằm tăng tốc xây dựng cơ sở hạ tầng thiết bị hydrogen, thương mại hóa FCV. EU đang thực hiện dự án CPT (Clean Power for Transport), đầu tư 123 triệu Euro xây dựng 77 trạm bơm hydrogen chạy xe tại 15 nước đã có hệ thống trạm này. Trên lĩnh vực ứng dụng cố định, các trạm thông tin dùng FC có triển vọng rất tốt. Hội nghị cũng bàn vấn đề phát triển nền kinh tế hydrogen trong tình hình cơ cấu nguồn năng lượng thế giới đang có sự điều chỉnh lớn do xuất hiện cuộc cách mạng khí đá phiến (shale gas).

Theo Nguyễn Hải Hoành, tiasang.com.vn