Bước tiến quan trọng đối với Bộ Năng lượng Hoa Kỳ trong việc thúc đẩy thị trường nhiên liệu hydro của quốc gia

Kết quả lựa chọn các trung tâm sản xuất nhiên liệu hydro được công bố bởi chính quyền Tổng thống Biden vào ngày 13 tháng 10 năm 2023. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho biết bảy Trung tâm được lựa chọn dựa trên giá trị về mặt kỹ thuật, khả năng thị trường và tài chính, tốc độ triển khai dự án đề xuất, phương thức quản lý dự án và các đóng góp lợi ích cho cộng đồng.

Các Trung tâm này được kỳ vọng sẽ tạo nền tảng cho việc xây dựng một “mạng lưới” hydro sạch quốc gia bao gồm tất cả các công đoạn từ sản xuất, chế biến, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng nhiên liệu hydro. Theo thông tin được công bố, bảy Trung tâm này có thể sản xuất hơn 3 triệu tấn mét khối hydro sạch mỗi năm, đạt được gần một phần ba mục tiêu sản xuất hydro sạch vào năm 2023 của Hoa Kỳ. Thách thức chung trong việc sản xuất hydro là chi phí. Văn phòng Công nghệ Hydro và Pin nhiên liệu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tập trung vào việc phát triển các công nghệ có thể sản xuất hydro với giá 2 USD/kg vào năm 2026 và 1 USD/kg vào năm 2031.

Cùng thời gian công bố kết quả lựa chọn vị trí của 7 Trung tâm sản xuất nhiên liệu hydro nói trên, Bộ Năng lượng Hoa kỳ cũng đề xuất các gói tài trợ về tài chính dựa trên quy định của Chính quyền liên bang nhằm thực thi hóa Chương trình này. Nhiên liệu hydro sạch được định nghĩa là hydro được sản xuất thông qua phương pháp điện phân nước sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo hoặc các nguồn năng lượng phát thải carbon thấp như năng lượng gió, năng lượng mặt trời hoặc năng lượng hạt nhân. Ngoài ra, hydro sạch cũng có thể được sản xuất bằng cách sử dụng quá trình tái sinh hơi nước - metan với công nghệ thu hồi và lưu trữ vĩnh viễn carbon (CCS) giúp giảm phát thải khí thải nhà kính.

Vị trí Trung tâm sản xuất hydro của Hoa Kỳ được lựa chọn dựa trên sự phù hợp về nhiên liệu đầu vào; sự phân bố và nhu cầu sử dụng hydro nội vùng; cơ sở hạ tầng cho việc lưu trữ, vận chuyển và xuất khẩu hydrogen sang vùng hoặc quốc gia khác. Kế tiếp giai đoạn này, Bộ năng lượng Hoa Kỳ sẽ tiến hành các giai đoạn tiếp theo theo kế hoạch được công bố như sau: Giai đoạn 2 sẽ hoàn thiện các thiết kế kỹ thuật và phát triển thị trường; Giai đoạn 3 dự kiến sẽ tập trung vào việc triển khai các hoạt động lắp đặt, tích hợp và xây dựng; Giai đoạn 4 tập trung vào việc quan trắc, đánh giá và xây dựng cơ sở dữ liệu vận hành, đề xuất các giải pháp tăng công suất và tối ưu hóa vận hành.

Thông tin tổng quan của các Trung tâm trên được tóm tắt trong Bảng 1.

Bảng 1. Các Trung tâm sản xuất nhiên liệu hydro của Hoa Kỳ

Đặc điểm và kế hoạch cụ thể của các Trung tâm sản xuất nhiên liệu hydro của Hoa Kỳ

Trung tâm California:

Bộ Năng lượng Hoa kỳ cho biết, Trung tâm của tiểu bang California, do Liên minh Hệ thống Năng lượng tái tạo hydro sạch (ARCHES) đứng đầu sẽ tập trung vào mục tiêu giảm khí thải nhà kính trong giao thông công cộng, vận tải đường bộ hạng nặng và hoạt động cảng biển – là những nguồn phát thải chính gây hiệu ứng nhà kính trong tiểu bang. Đặc biệt, đối với lĩnh vực vận tải hạng nặng, hydro sạch sẽ được cung cấp để sử dụng cho các thiết bị xếp dỡ hàng hóa và vận chuyển nội địa trên bộ; các thiết bị bốc dỡ hàng hóa trong cảng; thế hệ tàu vận tải sử dụng nhiên liệu hydro. Bên cạnh đó Trung tâm này cũng có chức năng sản xuất hydro phục vụ phát điện.

Trung tâm hydro Gulf Coast:

Trung tâm hydro Gulf Coast được quy hoạch dọc theo ven biển Houston bang Texas. Trung tâm này dẫn đầu bởi Tập đoàn HyVelocity, có kế hoạch sản xuất hydro quy mô lớn cho việc giảm khí thải nhà kính trong công nghiệp bằng cách sử dụng khí tự nhiên kết hợp công nghệ thu hồi cacbon; và công nghệ điện phân nước sử dụng nguồn năng lượng tái tạo.

Để giúp giảm chi phí vận chuyển, lưu trữ và tiếp cận gần với các cơ sở sử dụng hydro, Trung tâm Hydro Gulf Coast có kế hoạch phát triển công nghệ lưu trữ hydro trong hang muối đã khai thác, xây dựng đường ống vận chuyển hydro công suất lớn, và nhiều trạm tiếp nhiên liệu hydro. Trung tâm này còn đặt mục tiêu cung cấp hydro cho các xe tải điện chạy bằng pin nhiện liệu; cho sản xuất hóa chất công nghiệp; sản xuất ammoniac, e-methanol; sử dụng cho nhà máy lọc hóa dầu; nhiên liệu hàng hải.

Trung tâm này có lợi thế về nguồn nhiên liệu đầu vào sẵn có tại bang Texas cũng như các cơ sở sản xuất có khả năng sử dụng hydro phân bố tại Texas và Tây Nam Louisiana. Đáng chú ý, Trung tâm này sẽ được phát triển dựa trên sự hợp tác của bảy đối tác cốt lõi trong ngành, bao gồm – Tập đoàn AES, Air Liquide, Chevron, ExonMobil, Mitsubishi Power Americas, Ørsted, và Sempra Infrastructure.

Trung tâm Hydro Midwest:

Trung tâm Hydro Midwest được dẫn dắt bởi “Liên minh Trung-Tây về Hydro sạch” có tên viết tắt là MachH2, bao gồm các tiểu bang Illinois, Indiana và Michigan. Trung tâm này có vị trí địa lý thuộc hàng lang công nghiệp và giao thông quan trọng của Hoa Kỳ. Trung tâm này có vai trò xây dựng nền tảng và thúc đẩy quá trình giảm khí thải nhà kính thông qua việc sử dụng hydro chiến lược trong việc sản xuất thép và thủy tinh, sản xuất điện, lọc dầu, vận tải hạng nặng và nhiên liệu hàng không. MachH2 sẽ sử dụng sự đa dạng phong phú của các nguồn tài nguyên sản xuất năng lượng sạch hiện có và năng lượng mới bao gồm năng lượng hạt nhân và năng lượng tái tạo ở Illinois và Michigan để sản xuất hydro sạch kết hợp sử dụng công nghệ thu hồi thu hồi và lưu trữ cacbon ở bang Indiana. Các đơn vị liên kết trong liên minh MachH2 bao gồm: Ameren Illinois, Big Rivers, Bloom Energy, BP, ComEd, Constellation, Exelon, Holtec, Invenergy, NiSource, và Plug Power. 

Trung tâm Hydro Pacific Northwest:

Trung tâm Hydro Pacific Northwest (PNWH2), do Hiệp hội Hydro Tây Bắc Thái Bình Dương dẫn đầu, bao gồm các tiểu bang Washington, Oregon và Montana. Trung tâm này có kế hoạch tận dụng các nguồn tài nguyên tái tạo phong phú của khu vực để sản xuất hydro sạch bằng phương pháp điện phân. Ưu tiên hàng đầu của Trung tâm là tập trung phát triển công nghệ màng điện phân sản xuất hydro sạch cung cấp xe tải hạng nặng sử dụng pin nhiên liệu. Điều này sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của mạng lưới vận tải hàng hóa ở bờ Tây nhằm giải quyết những khủng hoảng về nhiên liệu hóa thạch cũng như ứng dụng nhiên liệu sạch trong lĩnh vực giao thông vận tải của vùng. Môt số mục tiêu khác của Trung tâm này là hỗ trợ việc giảm khí thải của một số nguồn gây ô nhiễm cao nhất trong khu vực, bao gồm nông nghiệp (sản xuất phân bón), công nghiệp (máy phát điện, điện tiêu thụ cao điểm, trung tâm dữ liệu, nhà máy lọc dầu), cảng biển (vận chuyển hàng hóa, xử lý hàng hóa) và hàng không (các chuyến bay khu vực, máy bay không người lái).

Các đơn vị trong ngành điện tham gia Trung tâm này bao gồm: Công ty TNHH Air Liquide Hydrogen Energy US, Công ty TNHH ALA Renewable Energy, Tập đoàn Mitsubishi Power Americas, Công ty Portland General Electric (PGE), Puget Sound Energy (PSE), Douglas County Public Utility District (PUD), Công ty TNHH Regis Solar, Tập đoàn USA Fortescue Future Industries và Công ty TNHH Williams Field Services Group. Các đơn vị thuộc các lĩnh vực khác liên quan tham gia vào Trung tâm bao gồm: Tập đoàn Amazon, Atlas Agro, Centralia College, Liên minh Northwest Seapor, Tập đoàn NovoHydrogen Development, Tập đoàn PACCAR, Công ty TNHH Synchronous.

Trung tâm Hydro Appalachia:

Bộ năng lượng Hoa Kỳ cho biết họ đã chọn Trung tâm Hydro Appalachia (ARCH2), được đề xuất bởi tiểu bang West Virginia, Ohio và Pennsylvania bởi vị trí chiến lược và tiềm năng phát triển đường ống vận chuyển hydro, trạm tiếp nhiên liệu hydro và cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc lưu trữ CO2 vĩnh viễn. Trung tâm này nằm trung khu vực giàu than và khí tự nhiên, có khả năng giảm chi phí phân phối và lưu trữ hydro.

Các đối tác phát triển dự án hàng đầu thuộc ARCH2 gồm: Air Liquide, Công ty The Chemours, Tập đoàn Clearway Energy, Tập đoàn CNX Resources, Dominion Energy Ohio, Empire Diversified Energy, Tập đoàn EQT, Fidelis New Energy, First Mode, Hog Lick Aggregates, Tập đoàn Hope Gas, Tập đoàn Independence Hydrogen, KeyState Energy, MPLX, Plug Power, và TC Energy.

Battelle, một nhà thầu quan trọng của phòng thí nghiệm quốc gia, sẽ đóng vai trò chính cho Trung tâm trong việc xây dựng và vận hành ARCH2. Nhà thầu này sẽ thực thi kế hoạch thông qua quan hệ đối tác với tiểu bang West Virginia, Tập đoàn EQT – nhà sản xuất khí tự nhiên lớn nhất của quốc gia, GTI Energy, Alleghny Science & Technology (AST) - một công ty tư vấn công nghệ năng lượng hàng đầu tại tiểu bang West Virginia.

Trung Tâm Hydro Heartland:

Trải dài qua Bắc Dakota, Nam Dakota, Minnesota và Montana, Trung tâm Heartland có vai trò chính trong việc hỗ trợ và thúc đẩy giảm khí nhà khí trong việc sản xuất phân bón trong ngành nông nghiệp. Trung tâm Heartland sẽ do Trung tâm Nghiên Cứu Năng lượng & Môi trường (EERC) đứng đầu, tập trung phát triển và ứng dụng công nghệ đồng đốt hydro trong quá trình sản xuất điện của các nhà máy điện trên khắp cả nước. Trung tâm bao gồm Xcel Energy, Tập đoàn Marathon Petroleum và TC Energy, hợp tác với Trung tâm Năng lượng và Tài nguyên môi trường của Đại học Bắc Dakota.

Trung tâm Hydro Mid-Atlantic:

Trung tâm Trung Đại Tây Dương (MAHH), được quy hoạch trải dài theo sông Delaware, bao gồm tiểu bang Pennsylvania, Delaware và miền nam Jersey, dự kiến sẽ tái sử dụng cơ sở hạ tầng dầu mỏ trước đó và sử dụng hạ tầng vận tải hiện có. Trung tâm cũng sẽ phát triển các cơ sở sản xuất hydro sạch từ nguồn năng lượng tái tạo và hạt nhân bằng cách sử dụng cả công nghệ điện phân truyền thống và cải tiến.

Các đơn vị trong ngành điện liên kết với Trung tâm Trung Đại Tây Dương bao gồm Baltimore Gas và Electric, BHE GT&S, Competitive Power Ventures, Constellation Energy, Delmarva Power, Dominion Energy, Exelon, Tập đoàn Independence Hydrogen, Pepco, Port of Virginia, Washington Gas.

Biên dịch: Nhật Huy

Tài liệu tham khảo:

1. U.S. Unveils Seven Regional Hydrogen Hubs, Awards $7B to Kickstart National Hydrogen Network – by Sonal Patel, 2023, Powermag.com