VINPA

Nguyên tố hydrogen lần đầu tiên được tìm thấy bởi nhà hóa học người Anh Henry Cavendish vào đầu năm 1766. Bảy năm sau, một bạn đồng nghiệp người Pháp của Henry là Jacques Alexandre César Charles đã trở thành người đầu tiên trên thế giới thử nghiệm bay bằng kinh khí cầu sử dụng nhiên liệu hydro.

Năm 1800, các nhà khoa học phát minh ra quá trình điện phân nước (quá trình sử dụng điện năng để tách hydro khỏi nước). Đến giữa thế kỷ XIX, pin nhiên liệu từ hydrogen ra đời (thiết bị điện hóa lưu trữ điện năng từ hydro, bỏ qua quá trình đốt cháy). Đầu thế kỷ XX, hydrogen được điều chế thành công từ phản ứng hóa học giữa khí metan và hơi nước ở nhiệt độ cao (CH4 + H2O = CO2 + H2), thúc đẩy phát triển sản xuất hydro và trở thành phương pháp sản xuất nhiên liệu hydro chính trong lĩnh vực công nghiệp.

Với giá trị nhiệt lượng tạo ra cao gấp hai lần so với metan (nhiệt lượng của hydro là 120 MJ/kg, của metan là 56 MJ/kg), nhiên liệu hydro đã được xác định ứng dụng làm nhiên liệu trong lĩnh vực vận tải. Hydro lỏng đã trở thành nhiên liệu quan trọng trong các chương trình vũ trụ của Mỹ và Liên Xô, trong đó có Space Shuttle và Buran. Liên Xô cũng đã chế tạo thành công máy bay Tu-154 chạy bằng nhiên liệu hydro vào cuối những năm 80 của thế kỷ XX.

Chiếc ô tô đầu tiên chạy bằng hydro cũng ra đời trong khoảng thời gian đó. Tuy nhiên, công nghệ hydro không được phổ biến rộng rãi do chi phí đắt đỏ và hiệu quả kinh tế không cao. Cho tới ngày nay, việc sử dụng hydro làm nhiên liệu cũng rất hạn chế. Những lĩnh vực ứng dụng hydro ngày nay trên thế giới là sản xuất amoniac và metanol trong các ngành hóa dầu và công nghiệp hóa chất. Trong khi đó, sử dụng nguồn nhiệt lượng từ hydro chỉ chiếm tỷ lệ 1-2%. Tổng sản lượng hydro toàn cầu hàng năm từ các nguồn khác nhau ước đạt 55-65 triệu tấn. Tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm trong vòng 20 năm qua là gần 1,6%. Hơn 90% lượng hydro được sản xuất tại nơi tiêu thụ và chỉ 10% nguồn hydro đến từ các công ty sản xuất khí (Air Liquide, Linde, Praxair...).

Ngày nay, nguyên liệu chủ yếu được dùng để sản xuất hydro là hydrocarbon. Hơn 60% lượng hydro được điều chế từ khí thiên nhiên, 16% từ dầu, 11% từ than và chỉ 5% từ quá trình điện phân nước. Việc phần lớn hydro được sản xuất từ khí thiên nhiên là do chi phí sản xuất thấp hơn 2-5 lần từ quá trình điện phân nước. Vì vậy mà trong thời đại ngày nay: (1) hydro vẫn được sử dụng như một nguyên liệu khí cho ngành hóa dầu và hóa chất; (2) nguồn năng lượng chính để sản xuất hydro là khí thiên nhiên; (3) Phương pháp sản xuất hydro chính hiện nay là công nghệ Steam Methane Reforming - SMR (phản ứng giữa khí metan và hơi nước ở nhiệt độ cao); (4) tốc độ tăng trưởng sản xuất hydro vẫn ở mức thấp và sản lượng hiện nay vào khoảng 65 triệu tấn/năm.

Nếu như hydro được coi là “khí công nghiệp” trong quá khứ và hiện tại, thì nguyên tố này hứa hẹn sẽ trở thành “nguồn năng lượng” mới trong tương lai. Trong cơ cấu ngành năng lượng toàn cầu hiện nay, quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra không ngừng, nhất là chuyển đổi từ năng lượng phát thải carbon sang năng lượng không phát thải hoặc phát thải carbon thấp.

Nhiều quốc gia, khu vực phát triển, các tập đoàn lớn, các thành phố và một số đô thị đang xây dựng những chiến lược riêng về cắt giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính nhằm đạt được những mục tiêu về chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Đáng chú ý, nhiều chính phủ (các nước tham gia Thỏa thuận khí hậu Pari năm 2015) tuyên bố đến năm 2030 sẽ giảm phát thải từ 25-40% lượng khí thải của năm 1990 hoặc của năm 2005. Trong số đó, Đức và Vương quốc Anh tuyên bố giảm phát thải 80-100% khí nhà kính vào năm 2050.

Nhiều biện pháp kính thích kinh tế giảm phát thải khí nhà kính được khởi xướng như đánh thuế carbon, hệ thống thương mại khí thải, được tính vào chi phí vận hành của các công ty năng lượng và người tiêu thụ năng lượng. Đây là khoản chi phí đáng kể đối với các doanh nghiệp sử dụng nhiều nhiên liệu than và dầu. Theo số liệu của World Bank, tính đến năm 2018 đã có 45 nước và 25 khu vực trên thế giới đã áp dụng hệ thống thương mại khí thải CO2 (hay thu gom carbon) và đang có kế hoạch triển khai trong thời gian ngắn. TOP 10 các quốc gia có lượng phát thải CO2 lớn nhất thế giới gồm: Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Nga, Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc, Iran, Saudi Arabia và Canada. Theo số liệu của Ủy ban châu Âu, 10 quốc gia này đang chiếm 67% lượng khí thải CO2 toàn cầu.