Trang thông tin điện tử Trung tâm NC&PT hội nhập KH&CN quốc tế giới thiệu đọc giả bài viết từ góc nhìn của Cơ quan năng lượng quốc tế IEA: Nhu cầu công nghệ và đổi mới năng lượng cho một số ngành quan trọng
Nhu cầu công nghệ cho các ngành công nghiệp nặng
Các vật liệu được sản xuất bởi ngành công nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Chúng bao gồm thép cho xe cộ, hóa dầu cho găng tay và khẩu trang được sử dụng trong bệnh viện, xi măng cho các tòa nhà chúng ta đang sống và làm việc, trong số nhiều mục đích sử dụng khác.
Ba ngành công nghiệp nặng – hóa chất, thép và xi măng – chiếm hơn một nửa mức sử dụng năng lượng công nghiệp và khoảng 70% lượng khí thải CO 2 trực tiếp từ ngành công nghiệp. Trong Kịch bản Phát triển Bền vững, lượng khí thải của ngành công nghiệp nặng giảm 90% vào năm 2070, với 600 MtCO 2 còn lại được bù đắp bằng các công nghệ loại bỏ carbon.
Nhiều yếu tố khiến cho việc đạt được mức không phát thải trong các ngành công nghiệp nặng là rất khó. Ngày nay, hầu hết các công nghệ giúp giảm đáng kể lượng khí thải đang ở giai đoạn phát triển ban đầu. Điều này bao gồm các công nghệ cung cấp một lượng lớn nhiệt ở nhiệt độ cao, mà trong nhiều trường hợp không thể cung cấp bằng điện bằng các công nghệ thương mại và để giảm phát thải quá trình từ các phản ứng hóa học vốn có trong các nguyên liệu công nghiệp hiện tại.
Ngành công nghiệp cũng đòi hỏi thiết bị đắt tiền và tuổi thọ cao – lò cao và lò nung xi măng thường hoạt động trong khoảng 40 năm – và điều này làm chậm việc triển khai các công nghệ phát thải thấp. Hơn nữa, nhiều nguyên liệu công nghiệp rất nhạy cảm với giá cả do được giao dịch trên các thị trường toàn cầu có tính cạnh tranh cao.
Cải tiến hiệu suất công nghệ và hiệu quả sử dụng vật liệu cùng nhau đóng góp nhiều nhất vào việc giảm phát thải trong ngành công nghiệp nặng trong thời gian tới. Việc áp dụng các công nghệ tốt nhất hiện có mang lại hiệu suất công nghệ, đồng thời cải thiện năng suất sản xuất, các biện pháp trọng lượng nhẹ và các biện pháp hiệu quả vật liệu khác làm giảm tăng trưởng nhu cầu về vật liệu.
Lĩnh vực xây dựng các tòa nhà, chiếm khoảng 50% nhu cầu về xi măng và 30% đối với thép, đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm nhu cầu vật liệu thông qua việc nâng tuổi thọ của các tòa nhà và các thiết kế tòa nhà mới.
Về dài hạn, các quy trình CO 2 thấp không được cung cấp thương mại hiện nay chiếm khoảng 2/3 tổng sản lượng của ba lĩnh vực công nghiệp nặng trong Kịch bản Phát triển Bền vững. Sử dụng và lưu trữ thu giữ carbon (CCUS) và hydro điện phân đóng vai trò quan trọng hàng đầu, với trung bình khoảng 75 nhà máy kết hợp CCUS và 20 nhà máy kết hợp hydro carbon thấp được bổ sung mỗi năm từ năm 2030.
Bất chấp những thay đổi sâu rộng này, tác động đến người tiêu dùng cuối cùng được cho là sẽ nhỏ – chi phí thép tăng sẽ chỉ làm tăng giá ô tô khoảng 0,2% và giá xi măng sẽ chỉ làm tăng giá nhà khoảng 0,6 %.
Năm 2019, giao thông vận tải chiếm gần 30% tổng lượng sử dụng năng lượng cuối cùng trên toàn cầu và 23% tổng lượng phát thải CO 2 trực tiếp của ngành năng lượng . Giảm sử dụng dầu và phát thải CO 2 trong các phương thức vận tải đường dài – vận tải đường bộ hạng nặng, hàng hải và hàng không, trọng tâm của chương này – là đặc biệt khó khăn vì các yêu cầu về năng lượng và mật độ công suất của chúng: các công nghệ nhiên liệu thay thế khả thi về mặt kỹ thuật vẫn chưa tiên tiến và cũng có khả năng ban đầu đắt hơn nhiên liệu gốc dầu.
Mỗi một trong ba phân ngành đều bị ảnh hưởng nặng nề bởi đại dịch Covid ‑ 19; nhất là hàng không với lượng hành khách năm 2020 dự kiến bằng một nửa năm 2019. Tuy nhiên, về dài hạn, thu nhập và gia tăng dân số tăng được cho là sẽ tiếp tục thúc đẩy nhu cầu, làm trầm trọng thêm thách thức khử cacbon.
Trong Kịch bản Phát triển Bền vững, các đổi mới kỹ thuật và vận hành giúp tăng hiệu quả sử dụng năng lượng trong thời gian ngắn hạn đến trung hạn, đồng thời chuyển sang sử dụng nhiên liệu carbon thấp và hệ thống truyền động điện giúp giảm phát thải trong dài hạn. Tuy nhiên, không có phân ngành nào trong số ba phân ngành bị khử cacbon vào năm 2070 khi chúng phát ra chung 1,0 GtCO 2 .
Trong vận tải đường bộ, điện và hydro chiếm ưu thế trong hỗn hợp nhiên liệu vào năm 2070, cung cấp năng lượng cho các phương tiện không còn dựa vào động cơ đốt trong. Điều này phụ thuộc vào sự phát triển nhanh chóng của pin và tế bào nhiên liệu, cũng như đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng mới, bao gồm các trạm tiếp nhiên liệu hydro, bộ sạc nhanh cho xe tải điện và hệ thống đường điện (cung cấp năng lượng cho xe khi chúng lái).
Trong vận tải hàng hải, nhiên liệu sinh học, amoniac và hydro đáp ứng hơn 80% nhu cầu nhiên liệu vào năm 2070, sử dụng khoảng 13% sản lượng hydro của thế giới. Hiệu quả năng lượng cũng đóng góp đáng kể. Những thay đổi này đòi hỏi phải thắt chặt hơn nữa các mục tiêu hiệu quả và tiêu chuẩn nhiên liệu carbon thấp để thu hẹp khoảng cách về giá với nhiên liệu hóa thạch và đầu tư giảm thiểu rủi ro.
Trong ngành hàng không, nơi mà các yêu cầu về nhiên liệu kỹ thuật là nghiêm ngặt nhất, nhiên liệu sinh học và nhiên liệu tổng hợp chiếm 3/4 nhu cầu nhiên liệu vào năm 2070. Nhiên liệu tổng hợp, không gặp phải những hạn chế về nguồn cung như nhiên liệu sinh học, tăng từ khoảng năm 2030 để đáp ứng gần một nửa nhu cầu vào năm 2070. Các chính sách sẽ cần quản lý tăng trưởng nhu cầu và thúc đẩy các công nghệ máy bay và động cơ mới.
Việc khử cacbon của các phân ngành này sẽ cần có kế hoạch dài hạn và sự hỗ trợ của chính phủ. Nghiên cứu và phát triển các hệ thống truyền động và nhiên liệu thay thế là cần thiết để giảm chi phí và cải thiện hiệu suất, đồng thời có các biện pháp phát triển cơ sở hạ tầng liên quan. Hơn 60% lượng khí thải cắt giảm vào năm 2070 đến từ các công nghệ không được bán trên thị trường hiện nay.
Đổi mới là một quá trình cạnh tranh và không chắc chắn, trong đó công nghệ cuối cùng trải qua bốn giai đoạn: nguyên mẫu, trình diễn, áp dụng sớm và trưởng thành. Kích thước, tính mô-đun và sự hiệp lực với các công nghệ khác là tất cả các thuộc tính xác định tốc độ mà công nghệ đi qua các giai đoạn này. Các chính phủ có vai trò đặc biệt trung tâm và trên phạm vi rộng trong quá trình này, vượt xa việc cung cấp kinh phí cho R&D.
Việc đạt được các mục tiêu phát thải thuần không phụ thuộc vào các nỗ lực đổi mới và nghiên cứu có mục tiêu và mạnh mẽ trong các công nghệ quan trọng. Trong Kịch bản phát triển bền vững, gần 35% mức giảm phát thải CO 2 tích lũy vào năm 2070 so với Kịch bản chính sách đã nêu là từ các công nghệ hiện đang ở giai đoạn thử nghiệm hoặc trình diễn mà sẽ không khả dụng trên quy mô nếu không có thêm hoạt động R&D. Khoảng 40% lượng giảm phát thải tích lũy dựa vào các công nghệ chưa được triển khai thương mại trong các ứng dụng đại chúng trên thị trường.
Trường hợp Đổi mới Nhanh hơn kiểm tra những gì sẽ cần thiết về tiến độ thậm chí còn nhanh hơn trong đổi mới công nghệ năng lượng sạch để cung cấp phát thải ròng bằng không trên toàn cầu vào năm 2050 chứ không phải năm 2070. Tiết kiệm CO 2 từ các công nghệ hiện đang ở giai đoạn thử nghiệm hoặc trình diễn sẽ là khoảng 75% cao hơn vào năm 2050 so với Kịch bản phát triển bền vững và khoảng 45% tổng lượng khí thải tiết kiệm được vào năm 2050 sẽ đến từ các công nghệ chưa được triển khai thương mại, thậm chí trên cơ sở rất hạn chế.
Việc chuyển đổi sang không phát thải ròng như trong Trường hợp đổi mới nhanh hơn sẽ tiếp tục khuếch đại tốc độ và quy mô thay đổi công nghệ cần thiết. Ngành điện sẽ cần phải khử cacbon sớm hơn trong khi tạo ra lượng điện bổ sung gần 20.000 TWh vào năm 2050 so với Kịch bản phát triển bền vững (tăng 35%) để hỗ trợ nhu cầu điện cao hơn, bao gồm nhu cầu cao hơn về hydro và nhiên liệu tổng hợp. Bổ sung công suất tái tạo trung bình hàng năm đến năm 2050 sẽ là 770 GW, cao hơn gần 50% so với Kịch bản Phát triển Bền vững. Nhu cầu bổ sung cho các nhiên liệu thay thế sẽ cao hơn gần 20%: nhu cầu hydro sẽ tăng hơn 50%, đòi hỏi gần 50 GW công suất máy điện phân bổ sung mỗi năm.
Phần lớn nỗ lực khử cacbon bổ sung trong Trường hợp đổi mới nhanh hơn đến từ điện khí hóa (chiếm 35% lượng cắt giảm phát thải bổ sung vào năm 2050), CCUS (hơn 25%) và năng lượng sinh học (hơn 20%). Ngoài ra, việc sử dụng hydro carbon thấp chiếm 30% lượng giảm phát thải bổ sung từ ngành công nghiệp nặng.
Hơn 125 chính phủ đã chính thức thảo luận về mục tiêu không phát thải ròng, và hơn một chục quốc gia và Liên minh châu Âu, chiếm khoảng 10% lượng khí thải CO 2 liên quan đến năng lượng toàn cầu, đã đưa ra những tham vọng này trong luật hoặc đề xuất luật. Nhiều công ty cũng đã công bố các mục tiêu trung hòa carbon. Việc đạt được mức phát thải ròng không phụ thuộc rất nhiều vào việc tăng tốc phát triển và triển khai công nghệ năng lượng sạch.
Tạo ra một lộ trình để không phát thải ròng đòi hỏi các chính phủ phải thiết lập một tầm nhìn dài hạn cho ngành năng lượng của họ để hướng dẫn các kỳ vọng trong tương lai và xây dựng lòng tin của nhà đầu tư, đồng thời hỗ trợ chiến lược bằng cách theo dõi tiến độ, tái ưu tiên khi cần thiết và truyền đạt các kỳ vọng và tiến độ có hiệu quả.
Tầm nhìn dài hạn cần được hỗ trợ bởi các chiến lược và hành động chuyển đổi năng lượng sạch phù hợp với nhu cầu cơ sở hạ tầng và công nghệ của địa phương. Các bộ công cụ chính sách hiệu quả phải được xây dựng dựa trên năm lĩnh vực cốt lõi:
Nguồn: Trung tâm NC&PT hội nhập KH&CN liên kết nguồn và dịch tin tại Cổng thông tin của Cơ quan năng lượng quốc tế IEA
https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020/technology-needs-for-heavy-industries
https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020/technology-needs-in-long-distance-transport#abstract
https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020/clean-energy-innovation#abstract
https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020/making-the-transition-to-clean-energy#abstract
Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *
Bình luận
Tên *
Thư điện tử *
Trang web
