Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trên bề mặt Trái đất, ước tính chiếm 75% khối lượng của vũ trụ. Trên Trái đất, nguyên tử hydro có trong nước, thực vật, động vật và cả con người. Mặc dù có trong hầu hết phân tử của sinh vật sống, nhưng hydro lại rất khan hiếm dưới dạng khí, ít hơn một phần triệu theo thể tích.

Hydro là nhiên liệu sạch, là một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Hydro sạch là hydro được sản xuất với lượng khí thải carbon rất thấp hoặc bằng không. Hydro có thể được sản xuất từ ​​nhiều nguồn tài nguyên khác nhau, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên, năng lượng hạt nhân, sinh khối, năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Điều này khiến hydro trở thành lựa chọn nhiên liệu hấp dẫn cho các ứng dụng vận tải, phát điện và trong nhiều ứng dụng khác. Khi được sử dụng cùng với các công nghệ khác, chẳng hạn như năng lượng tái tạo và nhiên liệu sinh học, hydro có khả năng khử carbon cho nhiều ngành công nghiệp, trong đó có một số ngành phát thải khí nhà kính nhiều nhất.

Tại sao hydro được xem là nguồn năng lượng sạch?

Nhiên liệu là thứ có thể đốt cháy được để cung cấp năng lượng hữu ích. Trong nhiều năm, con người sử dụng khí đốt tự nhiên (hay than đá) để sản xuất ra điện và để sưởi ấm nhà cửa. Methane là thành phần chính của khí đốt tự nhiên từ các mỏ dầu và khí đốt. Con người đang sử dụng khí đốt tự nhiên vì đây là nguồn tài nguyên sẵn có, tiết kiệm chi phí và là giải pháp sạch hơn so với than đá, loại nhiên liệu hóa thạch bẩn nhất mà chúng ta sử dụng sản xuất ra điện và để sưởi ấm.

Khi khí đốt tự nhiên bị đốt cháy, nó cung cấp năng lượng nhiệt. Nhưng một sản phẩm thải ra cùng với quá trình này là carbon dioxide, khi thải ra khí quyển sẽ góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Trong khi đó, đốt cháy hydro không giải phóng carbon dioxide.

Sản xuất hydro như thế nào?

Nhiên liệu hydro có thể được sản xuất thông qua một số phương pháp sau đây:

● Quy trình nhiệt. Quy trình nhiệt để sản xuất hydro thường liên quan đến phân tích hơi nước, một quy trình nhiệt độ cao, trong đó hơi nước phản ứng với nhiên liệu hydrocarbon (như khí tự nhiên, dầu diesel, hoặc sinh khối) ở áp suất và nhiệt độ cao để tạo ra hydro. Đây là phương pháp phổ biến nhất sản xuất hydro số lượng lớn và chiếm phần lớn sản lượng trên thế giới. Nhược điểm của phương pháp này là tạo ra sản phẩm phụ carbon, cần có biện pháp thu giữ carbon này. Quá trình này tạo ra hydro, gọi là blue hydrogen (hydro xanh lam) hay gray hydrogen (hydro xám).

● Quy trình điện phân. Quy trình điện phân sử dụng điện từ các nguồn tái tạo, cung cấp năng lượng cho bộ điện phân, tách hydro từ các phân tử nước. Quá trình này tạo ra hydro tinh khiết, còn gọi là green hydrogen (hydro xanh lục) không có sản phẩm phụ gây hại, không có khí thải nhà kính.

● Quy trình năng lượng mặt trời. Các quy trình năng lượng mặt trời, bao gồm quang sinh học, quang điện hóa, sử dụng ánh sáng làm tác nhân để sản xuất hydro. Quá trình quang sinh học sử dụng hoạt động quang hợp tự nhiên của vi khuẩn và tảo xanh để sản xuất hydro. Quá trình quang điện hóa sử dụng chất bán dẫn chuyên dụng để tách nước thành hydro và oxy.

● Quy trình sinh học. Các quy trình sinh học sử dụng các vi khuẩn như vi khuẩn và tảo siêu nhỏ, phân hủy chất hữu cơ như sinh khối hoặc nước thải thông qua các phản ứng sinh học để sản xuất hydro.

Hydro được sử dụng làm nhiên liệu chưa?

Đã có nhiều mẫu xe ôtô, xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu hydro; xe kết hợp giữa động cơ đốt trong bằng hydro và động cơ điện (hybrid car), được gọi chung là dòng xe không có khí thải của các hãng ôtô giới thiệu trong các cuộc triển lãm quốc tế về ôtô.

Trung Quốc có số lượng trạm tiếp nhiên liệu hydro cho ô tô cao nhất thế giới. Nhật Bản có số lượng trạm tiếp nhiên liệu cao thứ hai, tiếp theo là Hàn Quốc, Đức và Hoa Kỳ.

Hydro là loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong các loại nhiên liệu trong thiên nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Trong nhiều thập kỷ, NASA đã dựa vào khí hydro làm nhiên liệu tên lửa để đưa phi hành đoàn và hàng hóa lên vũ trụ. Pin nhiên liệu hydro còn dùng để cung cấp điện cho các tàu con thoi và trạm nghiên cứu không gian của NASA.

Một số thách thức trong việc áp dụng năng lượng hydro trên diện rộng

Hydro và pin nhiên liệu hydro là chìa khóa giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí và biến đổi khí hậu toàn cầu, mối lo của toàn thế giới hiện nay khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, để hydro trở thành giải pháp thay thế khả thi cho các nguồn nhiên liệu khác, nó phải được sản xuất ở quy mô lớn, tiết kiệm và cơ sở hạ tầng hiện tại cần được hoàn chỉnh.

Rào cản chính ngăn cản hydro đóng góp ý nghĩa vào quá trình khử cacbon là chi phí đầu tư. Cam kết theo đuổi con đường hướng tới mức phát thải ròng bằng 0 sẽ đòi hỏi đầu tư trực tiếp hàng trăm tỉ đô la vào hydro đến năm 2030. Đầu tư này được chia thành ba khâu: Sản xuất; Truyền tải, phân phối và lưu trữ; Ứng dụng sử dụng đầu cuối.

Tin tốt là hydro có thể được vận chuyển qua đường ống dẫn khí, giảm thiểu sự gián đoạn và giảm lượng cơ sở hạ tầng đắt đỏ cần thiết để xây dựng mạng lưới truyền tải hydro mới.