Xu hướng năng lượng xanh và bài toán thích ứng khí hậu toàn cầu

Hoa Kỳ rút ra khỏi các hiệp định khí hậu

Ngày 20/01/2025, Nhà Trắng thông báo rằng Tổng thống Donald Trump sẽ một lần nữa rút Mỹ khỏi Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu. Ông cho rằng thỏa thuận này gây bất lợi cho nền kinh tế Mỹ và không công bằng, vì các doanh nghiệp Mỹ phải chịu gánh nặng lớn trong khi các nước khác như Trung Quốc được hưởng lợi. Quyết định này phù hợp với chính sách "Nước Mỹ trên hết" của Trump, ưu tiên ngành năng lượng hóa thạch thay vì các cam kết môi trường quốc tế.

Động thái này đã gây lo ngại trên toàn cầu. Ngày 25/01/2025, nhiều quốc gia và tổ chức môi trường lên tiếng chỉ trích Trump, cho rằng hành động này sẽ cản trở tiến trình cắt giảm khí thải. Trong khi đó, một số bang như California và các tập đoàn lớn cam kết tiếp tục theo đuổi mục tiêu khí hậu bất chấp quyết định của chính quyền liên bang.

Kinh tế toàn cầu và môi trường

Hiện nay, nền kinh tế toàn cầu vẫn phụ thuộc đến 80% vào nhiên liệu hóa thạch (IEA, 2023). Trong khi đó, các quốc gia như Trung Quốc và Ấn Độ duy trì mức tăng trưởng GDP từ 6-7%/năm nhưng đồng thời phát thải CO₂ cũng gia tăng từ 3-4%/năm (World Bank, 2022). Nguyên nhân chính của hiện trạng này là tốc độ công nghiệp hóa nhanh, kéo theo nhu cầu năng lượng tăng mạnh, buộc các quốc gia phải tiếp tục khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu mỏ. Hơn nữa, lợi nhuận ngắn hạn từ các nguồn năng lượng truyền thống vẫn chi phối quyết định đầu tư, làm chậm quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Hệ quả của xu hướng này là nồng độ CO₂ trong khí quyển đạt 420 ppm vào năm 2023, mức cao nhất trong vòng 4 triệu năm qua. Đồng thời, cạnh tranh nguồn tài nguyên dẫn đến các xung đột địa chính trị, điển hình là cuộc chiến tại Ukraine, vốn đã kích hoạt một cuộc khủng hoảng năng lượng nghiêm trọng tại châu Âu.

Do đó, ngày càng nhiều quốc gia và doanh nghiệp đang tìm kiếm các giải pháp công nghệ để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường mà vẫn duy trì tăng trưởng kinh tế.

Phân tích các công nghệ năng lượng tiên tiến

Một số công nghệ tiên tiên tiến đang được nghiên cứu và phát triển nhằm giải quyết các vấn đề trên, bao gồm:

Công nghệ Metan hóa

Đây là công nghệ chuyển đổi CO2 và H2 thành metan (CH4) thông qua một phản ứng hóa học. Công nghệ này giúp xử lý khí CO₂ dư thừa trong khí quyển, tạo ra metan - một nguồn nghiên liệu có thể lưu trữ, vận chuyển dễ dàng và tích hợp với cơ sở hạ tầng khí đốt hiện có.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của công nghệ này là chi phí sản xuất cao do yêu cầu tiêu tốn nhiều năng lượng trong quá trình chuyển đổi.

Công nghệ Metan hóa là một giải pháp tiềm năng giúp tái chế CO₂ và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Quá trình này sử dụng năng lượng tái tạo để điện phân nước, tạo ra hydro (H₂), sau đó kết hợp với CO₂ thông qua xúc tác để tạo ra khí methane (CH₄). Đây là một phương pháp hiệu quả để chuyển đổi và lưu trữ năng lượng tái tạo dưới dạng nhiên liệu có thể sử dụng cho giao thông hoặc điện khí hóa.

Ưu điểm:

-Tận dụng và tái chế CO₂ từ các nguồn phát thải công nghiệp, giúp giảm lượng khí nhà kính trong khí quyển.

- Methane được tạo ra có thể dễ dàng lưu trữ và sử dụng với hạ tầng khí đốt hiện có, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng sạch.

Nhược điểm:

- Hiệu suất chuyển đổi tương đối thấp (~50-60%), làm tăng chi phí sản xuất lên mức 120-150 USD/MWh.

- Phụ thuộc vào nguồn CO₂ sẵn có và công nghệ thu giữ carbon (CCUS).

Giải pháp:

- Tích hợp điện gió và điện mặt trời giá rẻ (dưới 30 USD/MWh) vào quy trình Metan hóa, giúp giảm 30-40% chi phí sản xuất (IRENA, 2023).

- Ứng dụng mô hình của Đức như dự án “Store&Go” nhằm tận dụng nguồn điện dư thừa để sản xuất methane, giúp tăng hiệu quả lưu trữ năng lượng tái tạo.

Công nghệ Hydrogen

Phân loại:

Hydrogen có thể được phân loại theo phương thức sản xuất và mức độ phát thải khí nhà kính:

- Hydrogen xám: Được sản xuất từ khí tự nhiên thông qua quá trình cải tạo hơi nước, nhưng phát thải CO₂ đáng kể, gây tác động tiêu cực đến môi trường.

- Hydrogen xanh: Được tạo ra từ quá trình điện phân nước sử dụng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời. Đây là phương pháp sạch, không phát thải CO₂ và đóng vai trò quan trọng trong quá trình khử carbon.

Thách thức:

Mặc dù hydrogen xanh có tiềm năng lớn, nhưng việc triển khai rộng rãi vẫn gặp nhiều trở ngại:

- Chi phí sản xuất cao: Hiện tại, chi phí sản xuất hydrogen xanh dao động từ 4-6 USD/kg, cao hơn 3-4 lần so với hydrogen xám. Tuy nhiên, theo dự báo, giá thành có thể giảm đáng kể vào năm 2030 nhờ vào sự phát triển của công nghệ và mở rộng quy mô sản xuất.

- Hạn chế về cơ sở hạ tầng: Việc lưu trữ và vận chuyển hydrogen đòi hỏi công nghệ phức tạp do hydrogen có mật độ năng lượng thấp và cần nhiệt độ -253°C để hóa lỏng, làm tăng chi phí logistics.

Tiềm năng phát triển:

Mặc dù có nhiều thách thức, hydrogen xanh vẫn được xem là một nguồn năng lượng quan trọng trong tương lai:

- Dự báo giá thành giảm: Theo Bloomberg NEF, chi phí sản xuất hydrogen xanh có thể giảm xuống còn 2 USD/kg vào năm 2030 nhờ giá điện tái tạo rẻ hơn và công nghệ cải tiến.

- Ứng dụng đa dạng: Hydrogen xanh có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp nặng như luyện kim, sản xuất xi măng và hóa chất, cũng như trong giao thông vận tải đường dài (tàu biển, máy bay) nhằm giảm thiểu phát thải CO₂.

Tác động đến thị trường năng lượng

Hydrogen xanh không chỉ là một nguồn năng lượng sạch mà còn có tác động mạnh mẽ đến thị trường năng lượng toàn cầu:

- Đa dạng hóa nguồn cung năng lượng: Hydrogen xanh giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, tăng cường an ninh năng lượng và giảm thiểu tác động của biến động giá dầu mỏ.

- Thúc đẩy đầu tư vào cơ sở hạ tầng và công nghệ: Việc phát triển ngành công nghiệp hydrogen sẽ đòi hỏi các khoản đầu tư lớn vào công nghệ sản xuất, lưu trữ và vận chuyển.

- Tạo cơ hội hợp tác quốc tế: Các quốc gia đang đẩy mạnh nghiên cứu và hợp tác trong việc phát triển chuỗi cung ứng hydrogen xanh, từ sản xuất đến tiêu thụ.

- Tác động đến giá năng lượng: Khi chi phí sản xuất hydrogen xanh giảm, nó có thể cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch, thay đổi cấu trúc thị trường năng lượng toàn cầu.

Công nghệ pin lưu trữ

Các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời có tính gián đoạn do phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS) giúp tích trữ điện năng dư thừa khi sản xuất vượt nhu cầu và cung cấp lại khi sản xuất giảm, đảm bảo cân bằng cung cầu và duy trì ổn định cho lưới điện.

Xu hướng phát triển

- Giảm chi phí pin lithium-ion: Trong giai đoạn 2010-2023, giá pin lithium-ion đã giảm 89%, đạt mức 100 USD/kWh, nhờ những đột phá trong công nghệ và lợi thế kinh tế theo quy mô.

- Tăng trưởng công suất lưu trữ toàn cầu: Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), công suất lưu trữ năng lượng toàn cầu dự kiến sẽ tăng gấp 15 lần vào năm 2030, phản ánh xu hướng đầu tư mạnh mẽ vào các hệ thống lưu trữ để hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo.

Hạn chế hiện tại

- Phụ thuộc vào kim loại hiếm: Việc sản xuất pin lithium-ion phụ thuộc vào các kim loại như lithium và cobalt, dẫn đến rủi ro về chuỗi cung ứng và biến động giá cả.

- Vấn đề tái chế: Hiện nay, chỉ khoảng 5% pin được tái chế hiệu quả, đặt ra thách thức về môi trường và nhu cầu phát triển các công nghệ tái chế tiên tiến hơn.

Đột phá công nghệ

- Pin thể rắn: Công nghệ pin thể rắn hứa hẹn tăng mật độ năng lượng lên đến 50% so với pin lithium-ion truyền thống, đồng thời cải thiện độ an toàn và tuổi thọ. Hãng Toyota dự kiến sẽ thương mại hóa pin thể rắn vào năm 2027.

Pin dòng chảy: Sử dụng chất điện phân lỏng như vanadium, pin dòng chảy phù hợp cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô lớn nhờ khả năng lưu trữ linh hoạt và tuổi thọ cao.

Tác động đến ngành năng lượng

- Cải thiện độ ổn định của lưới điện: Việc triển khai rộng rãi hệ thống pin lưu trữ giúp tăng cường khả năng điều tiết điện năng, hạn chế tình trạng mất cân bằng giữa cung và cầu.

- Giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch: Pin lưu trữ đóng vai trò quan trọng trong việc thay thế các nhà máy điện than và khí đốt bằng năng lượng tái tạo, giúp giảm phát thải CO₂.

- Thúc đẩy đầu tư và đổi mới công nghệ: Sự phát triển của công nghệ pin lưu trữ tạo động lực cho các doanh nghiệp đầu tư vào nghiên cứu, phát triển các giải pháp pin hiệu quả hơn.

- Tạo ra thị trường năng lượng mới: Sự kết hợp giữa năng lượng tái tạo và pin lưu trữ mở ra cơ hội kinh doanh mới trong lĩnh vực điện lực, từ mô hình lưới điện thông minh đến các dịch vụ lưu trữ điện quy mô lớn.

Như vậy, Công nghệ Metan hóa và Hydrogen hiện có chi phí cao do yêu cầu sử dụng nhiều năng lượng. Tuy nhiên, nếu kết hợp chúng với điện gió và điện mặt trời, chi phí sẽ giảm đáng kể nhờ vào giá thành thấp dần của năng lượng tái tạo. Khi các công nghệ này được tối ưu hóa, sẽ giúp tạo ra một hệ thống năng lượng bền vững và công bằng, giảm bớt sự phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên hạn chế. Điều này không chỉ làm giảm chi phí mà còn có thể góp phần vào hòa bình toàn cầu, vì nguyên nhân sâu xa của nhiều cuộc chiến tranh là tranh giành năng lượng