(Ảnh) Ông Tatsuoki Kono, Giáo sư, Lĩnh vực Năng lượng Hydro, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến, Đại học Tokyo

Hydro được cho là "năng lượng của tương lai" và nó sử dụng một số công nghệ triển khai mà Nhật Bản đã nghiên cứu trong 50 năm qua Với sự gia tăng nhanh chóng của năng lượng tái tạo, việc sản xuất năng lượng mặt trời cũng cần thiết để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau, vì vậy chúng tôi đã nói chuyện với Giáo sư Tatsuoki Kono thuộc Khoa Năng lượng Hydro tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến tại Đại học Tokyo về vai trò của hydro như một nguồn năng lượng và các điều kiện để sử dụng rộng rãi nó

Bí quyết sử dụng hydro được Nhật Bản tích lũy

──Việc sử dụng hydro bắt đầu từ khi nào và đến nay nó đã tiến triển đến mức nào?

Mr Kono: Thực ra việc sử dụng hydro đã có lịch sử lâu đời Trong cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973, hydro được đề xuất làm năng lượng thay thế cho dầu mỏ Ở Nhật Bản, vào thời điểm đó có một nhóm nghiên cứu về năng lượng hydro và nhóm này vẫn tiếp tục hoạt động cho đến ngày nay với tên gọi Hiệp hội Năng lượng Hydro, và thực tế là sự phát triển công nghệ và ứng dụng thực tế đã tiến triển hơn 50 năm Vào những năm 1980, có các dự án an ninh năng lượng chủ yếu ở châu Âu nhằm sản xuất hydro và đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định, bền vững cần thiết cho đời sống người dân và các hoạt động kinh tế với mức giá hợp lý Tại Nhật Bản, từ năm 1993 đến năm 1998, Bộ Thương mại và Công nghiệp Quốc tế khi đó đã triển khai WE-NET (Công nghệ hệ thống năng lượng sạch quốc tế sử dụng hydro) như một phần của Kế hoạch Ánh dương mới

Sau đó, chúng tôi tiếp tục phát triển FCV (xe chạy pin nhiên liệu) và pin nhiên liệu hydro tĩnh, và vào năm 2014, chúng tôi đã cho ra đời pin nhiên liệu Ngoài ra, 30 năm trước, chúng tôi đã nghĩ đến việc sản xuất hydro từ năng lượng tái tạo ở nước ngoài và chuyển nó thành hydro lỏng rồi vận chuyển đến Nhật Bản bằng tàu chở dầu Ngày nay, hầu hết những thứ chúng ta hình dung hồi đó, chẳng hạn như xe buýt chạy bằng hydro, xe chở dầu và FCV, đều đã được đưa vào sử dụng thực tế Việc sử dụng hydro đã có lịch sử, với việc triển khai xã hội cuối cùng đã đạt được tiến bộ sau 30 năm kể từ khi nó được giới thiệu lần đầu tiên

─Năng lượng sử dụng hydro đã có sẵn xung quanh chúng ta

Ông Kono: Năng lượng hydro, hiện đã được sử dụng thực tế, có thể mua tại các cửa hàng bán lẻ đồ điện tử Đây là loại pin hydrua kim loại niken có tên là ``eneloop'', cũng được đặt gần máy tính tiền Eneloop có nước kiềm trong thân máy có kích thước bằng pin và khi được sạc, hiện tượng tương tự như điện phân nước xảy ra và hydro được tạo ra Hydro này được lưu trữ trong một vật liệu đặc biệt gọi là hợp kim lưu trữ hydro Khi bạn sử dụng điện, bạn tiêu thụ lượng hydro đó để tạo ra điện Nói cách khác, hệ thống năng lượng tối ưu để tạo, lưu trữ và sử dụng đều được chứa trong Eneloop

Hơn nữa, vật liệu hợp kim lưu trữ hydro có thể lưu trữ hydro một cách an toàn trong thời gian dài ở mật độ cao hơn hydro lỏng Nó có thể phản ứng ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, khó cháy và khó phát nổ ngay cả khi đưa đến gần lửa Những đặc tính này cũng giúp sử dụng làm năng lượng an toàn hơn khí đốt

Vai trò cần thiết của hydro trong kỷ nguyên năng lượng tái tạo

──Xu hướng mới nhất trong việc sử dụng hydro là gì?

Ông Kono: Điều hiện đang thu hút sự chú ý nhất là việc sản xuất hydro bằng năng lượng tái tạo (Hình 1) Kết quả là lượng khí thải CO2 trong quá trình sản xuất hydro có thể giảm xuống bằng không Một điểm khác cần tập trung vào là an ninh năng lượng Nhật Bản có tỷ lệ tự cung cấp năng lượng thấp và đến năm 2022, nước này phải nhập khẩu 85% nhiên liệu hóa thạch từ nước ngoài Giá trị nhập khẩu cực kỳ cao, đặc biệt là sau cú sốc Ukraine, với hơn 30 nghìn tỷ yên chảy ra nước ngoài, góp phần khiến Nhật Bản thâm hụt thương mại Vì vậy, chúng ta cần giảm việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch mà chúng ta không còn cách nào khác là phải nhập khẩu, đồng thời tăng tỷ trọng các nguồn năng lượng được sản xuất và sử dụng trong nước Đồng thời, chúng ta phải đảm bảo nguồn cung ổn định đồng thời giảm lượng khí thải CO2

(Hình 1) Phương pháp nhập khẩu và lưu trữ hydro (Nguồn: Trung tâm nghiên cứu khoa học và công nghệ tiên tiến, Đại học Tokyo)

──Việc sản xuất điện bằng pin mặt trời có vấn đề là không thể duy trì sự cân bằng hợp lý giữa cung và cầu Làm thế nào hydro có thể giúp giải quyết các vấn đề năng lượng tái tạo này?

Ông Kono: Sản xuất năng lượng mặt trời, nguồn tạo ra lượng điện cao nhất trong số các nguồn năng lượng tái tạo, có vấn đề cúp điện nếu có quá nhiều ánh sáng mặt trời chiếu vào Điều này là do, trong trường hợp có ánh sáng mặt trời, lượng điện năng được tạo ra thay đổi rất nhiều trong ngày ngay cả vào những ngày trời trong Khi đưa nguồn điện này vào, toàn bộ hệ thống không thể ổn định và phụ tải tạm thời quá cao gây mất điện

Năng lượng tái tạo là cần thiết trên thế giới, nhưng dựa vào nó quá nhiều sẽ khiến lưới điện không ổn định Hiện tại có hai lựa chọn công nghệ để giải quyết vấn đề này Một là lắp pin lưu trữ cho lưới điện, hai là sản xuất hydro Trong trường hợp pin lưu trữ, nó sẽ hết pin sau khi được sạc, nhưng nếu lượng điện dư thừa từ việc sản xuất năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành hydro thì nó có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Vì năng lượng này có thể được sử dụng để tạo ra điện nên cũng có thể lưu trữ điện ở dạng hydro (Hình 2)

(Hình 2) Hệ thống năng lượng hydro sử dụng năng lượng tái tạo được giới thiệu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Đại học Tokyo (Nguồn: Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Đại học Tokyo)

──Chính xác thì việc sản xuất điện bằng hydro là gì?

Ông Kono: Có nhiều cách Ví dụ, bằng cách kết hợp hydro và oxy để tạo ra điện, bạn có thể tạo ra pin nhiên liệu cho ô tô và thiết bị văn phòng phẩm Ngoài ra, điện có thể được tạo ra bằng cách quay tuabin sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy hydro Một phương pháp khác là chuyển hydro thành amoniac, có thể vận chuyển và lưu trữ một cách hiệu quả, sau đó vận chuyển đến nơi tiêu thụ điện và đốt để tạo ra điện

Đối với các mục đích sử dụng khác ngoài sản xuất điện, một ý tưởng là phản ứng hydro với CO2 để tạo ra khí metan Khí này có thể được kết nối với cơ sở hạ tầng khí đốt hiện có hoặc khí đốt của thành phố Một cách sử dụng khác có thể là bơm nhiệt hydro, sử dụng phản ứng hóa học khi hợp kim lưu trữ hydro giải phóng hydro để tạo ra nhiệt lạnh hoặc ấm cho điều hòa không khí

Vấn đề phổ biến việc sử dụng năng lượng hydro ở Nhật Bản

──Hydro cũng được cho là dễ vận chuyển hơn các loại nhiên liệu khác

Ông Kono: Hydro an toàn hơn xăng Nó sẽ không phát nổ trừ khi nồng độ vượt quá 4%, nhưng ngay cả khi rò rỉ, nó sẽ lan rộng, vì vậy về cơ bản nồng độ sẽ không vượt quá 4% Theo nghĩa đó, tôi nghĩ đó là một phương tiện vận chuyển an toàn Tuy nhiên, việc lưu kho và vận chuyển vẫn tập trung theo phương pháp truyền thống Do đó, các lựa chọn duy nhất là nén, hydro lỏng, hợp kim lưu trữ hydro, hydrua hữu cơ và cuối cùng là đường ống

Xét cho cùng, việc vận chuyển hydro cũng tốn tiền nên tôi nghĩ cách sử dụng hiệu quả nhất là thông qua sản xuất tại địa phương để tiêu dùng tại địa phương, nơi nó được đốt để tạo ra điện tại nơi sản xuất ra nó Ví dụ, điện được tạo ra bởi ánh sáng mặt trời có thể được cung cấp cho một tòa nhà và phần điện dư thừa có thể được lưu trữ trong pin lưu trữ Tuy nhiên, lượng còn lại được chuyển đổi thành hydro, sau đó được chuyển thành điện năng bằng pin nhiên liệu khi cần thiết Điều này cho phép khoảng 75% điện năng tạo ra được tiêu thụ ngay tại chỗ Những hệ thống như vậy đã được triển khai ở các khu vực đô thị như Phường Minato của Tokyo và việc sử dụng năng lượng chuyển đổi thành hydro vào ban ngày để chiếu sáng vào ban đêm đã bắt đầu có hiệu lực (Hình 3)

(Hình 3) Hệ thống sản xuất năng lượng hydro xanh: G-HES (Hệ thống năng lượng hydro xanh) do Đại học Tokyo chuyển giao cho “BLUE FRONT SHIBAURA” ở phường Minato, Tokyo (Nguồn: Trung tâm nghiên cứu khoa học và công nghệ tiên tiến của Đại học Tokyo)

──Những thách thức khi tiếp tục phổ biến các hệ thống sử dụng năng lượng hydro ở Nhật Bản là gì?

Ông Kono: Tôi nghĩ có hai vấn đề chính: chi phí đầu tư ban đầu cao và quy định vận hành (Hình 4) Về giá thành thì cao vì bán không chạy Nếu một sản phẩm công nghiệp bán được gấp 10 lần thì chi phí sẽ giảm một nửa, vì vậy nếu hệ thống năng lượng hydro được giới thiệu ở nhiều nơi, chi phí liên quan đến việc giới thiệu ban đầu sẽ giảm Vì vậy, chúng ta phải đẩy nhanh sự lây lan của nó

Vẫn còn thiếu tiêu chuẩn hóa khi liên quan đến các vấn đề quy định Các cuộc thảo luận với Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) cũng là cần thiết và chắc chắn Nhật Bản sẽ hợp lý hóa những việc giống như họ làm ở nước ngoài, đồng thời xem xét Đạo luật Dịch vụ Cứu hỏa và Đạo luật Tiêu chuẩn Xây dựng liên quan đến khí áp suất cao Hơn nữa, tôi cho rằng việc các chỉ số yếu kém để đánh giá giá trị năng lượng xanh không thải ra CO2 là một vấn đề nên tôi nghĩ chúng ta cần phổ biến rộng rãi quan điểm này trong thời gian tới

(Hình 4) Những thách thức trong việc phổ biến hệ thống năng lượng hydro tại Nhật Bản (Nguồn: Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Tiên tiến, Đại học Tokyo)