Nguồn năng lượng bị lãng quên trong “chất thải” của sản xuất hydro

Nguyễn Bích Hà

Trường Đại học Đại Nam, Hà Nội, Việt Nam

*Liên hệ: hanb@dainam.edu.vn

© Tạo bởi ChatGPT

Hydro thường được xem là một trong những nhiên liệu quan trọng của tương lai phát thải thấp. Khi được sản xuất bằng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo, hydro có thể giúp khử carbon trong những ngành khó điện khí hóa, lưu trữ năng lượng trong thời gian dài và hỗ trợ tích hợp điện gió, điện mặt trời vào hệ thống năng lượng hiện đại (Koivunen et al., 2023).

Tuy nhiên, đằng sau hình ảnh “nhiên liệu sạch” ấy lại tồn tại một nghịch lý ít được chú ý.

Các thiết bị điện phân nước (electrolyzer) – công nghệ dùng điện để tách nước thành hydro và oxy – thường được ca ngợi vì tạo ra nhiên liệu không phát thải. Nhưng trong quá trình đó, chúng cũng sinh ra một lượng nhiệt đáng kể. Theo cách tiếp cận truyền thống, lượng nhiệt này được xem là sản phẩm phụ cần phải loại bỏ để hệ thống tiếp tục vận hành hiệu quả. Trong bối cảnh thế giới đang nỗ lực tìm kiếm mọi nguồn năng lượng sạch có thể khai thác, việc để nguồn nhiệt này thất thoát vào môi trường đặt ra một câu hỏi đáng suy ngẫm: liệu chúng ta có đang bỏ phí một nguồn tài nguyên giá trị chỉ vì quá tập trung vào hydro?

Câu hỏi này ngày càng trở nên quan trọng tại những quốc gia như Đức, nơi nhu cầu hydro được dự báo sẽ đạt từ 95 đến 135 terawatt-giờ mỗi năm vào năm 2030 (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2024). Để đáp ứng nhu cầu đó, công suất điện phân sẽ phải mở rộng mạnh mẽ. Tuy nhiên, hiệu suất của các thiết bị điện phân hiện nay thường chỉ đạt khoảng 60–70%, đồng nghĩa với việc một phần đáng kể năng lượng đầu vào sẽ chuyển hóa thành nhiệt, thường ở mức nhiệt độ từ 50°C đến 80°C (Hu et al., 2020; van der Roest et al., 2023).

Điều thú vị là khoảng nhiệt độ này lại rất phù hợp với nhu cầu của các hệ thống sưởi ấm khu vực (district heating) vốn cung cấp nhiệt cho nhà ở và các tòa nhà thương mại.

Một nghiên cứu gần đây đã đặt ra giả định: điều gì sẽ xảy ra nếu lượng nhiệt này không còn bị xem là chất thải?

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống sản xuất hydro vận hành bằng năng lượng tái tạo và so sánh nhiều phương án tận dụng nhiệt phát sinh từ quá trình điện phân. Kết quả cho thấy khi không thu hồi nhiệt, hệ thống chỉ đạt trạng thái cân bằng giữa chi phí và doanh thu. Trong khi đó, việc đơn giản thu hồi và sử dụng nguồn nhiệt dư đã giúp giảm hơn 22% chi phí vận hành mà vẫn duy trì lợi nhuận. Đáng chú ý hơn, khi nhu cầu nhiệt được tích hợp ngay từ giai đoạn thiết kế hệ thống, lợi nhuận tăng tới 86,5%, dù tổng chi phí đầu tư và vận hành cũng tăng khoảng 79,8%.

Những kết quả này cho thấy các hệ thống năng lượng có thể gắn kết với nhau chặt chẽ hơn nhiều so với cách chúng ta thường hình dung. Điện năng, hydro và nhiệt thường được quy hoạch như ba lĩnh vực riêng biệt, với hạ tầng, thị trường và mục tiêu tối ưu hóa khác nhau. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy một quyết định trong lĩnh vực này có thể tạo ra những tác động đáng kể đối với lĩnh vực khác.

Nhận định này cũng gợi mở một bài học rộng lớn hơn. Con người thường có xu hướng đánh giá tài nguyên dựa trên mục đích sử dụng chính của chúng. Rừng trở thành nguồn gỗ. Sông ngòi trở thành nguồn nước. Tấm pin mặt trời trở thành nguồn điện. Trong quá trình đó, chúng ta dễ bỏ qua mạng lưới quan hệ phức tạp – nơi giá trị thực sự được hình thành.

Điều tương tự cũng xảy ra với hệ thống hydro. Nếu các nhà hoạch định chính sách và kỹ sư chỉ tập trung vào sản lượng hydro, họ có thể bỏ lỡ những cơ hội đang tồn tại trong các dòng năng lượng xung quanh. Nhiệt phát sinh từ thiết bị điện phân không đơn thuần là một sản phẩm phụ về mặt kỹ thuật. Nó là một phần của hệ sinh thái năng lượng rộng lớn hơn, kết nối các hộ gia đình, ngành công nghiệp, lưới điện và các nguồn năng lượng tái tạo.

Trong hành trình hướng tới mục tiêu khử carbon, thành công có thể không chỉ phụ thuộc vào việc tạo ra nhiều năng lượng sạch hơn, mà còn ở khả năng nhận ra giá trị nằm trong các mối liên kết giữa những hệ thống tưởng chừng tách biệt (Khuc & Nguyen, 2026). Đôi khi, nguồn năng lượng chúng ta đang tìm kiếm vốn đã hiện diện ngay trước mắt. Chúng ta chỉ gọi nó là “chất thải” vì chưa nhìn thấy toàn bộ bức tranh (Vuong, 2025; Tran, 2026).

References

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. (2024). Bundeskabinett beschließt importstrategie für wasserstoff und wasserstoffderivate. https://www.bundeswirtschaftsministerium.de/Redaktion/DE/Pressemitteilungen/2024/07/20240724-importstrategie-wasserstoff.html

Dibos, S., Pesch, T., &, Benigni, A. (2026). Impact of heat demand integration on optimal design and operation of renewable-based electrolyzer system. Energy, 360, 141473. https://doi.org/10.1016/j.energy.2026.141473

Hu, Q., et al. (2020). Optimal control of a hydrogen microgrid based on an experiment validated P2HH model. IET Renewable Power Generation, 14(3), 364-371. https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2019.0544

Khuc, V. Q., & Nguyen, M. H. (2026). Cultural Additivity Theory. Available at SSRN 6767760. https://ssrn.com/abstract=6767760

Koivunen, T., Khosravi, A., & Syri, S. (2023). The role of power – to – hydrogen in carbon neutral energy and industrial systems: Case Finland. Energy, 284, 128624. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128624

Tran, T. M. A. (2026). Conversations with Kingfisher: Wisdom from Vuong’s wild wise weird stories. Planet Forward. https://planetforward.org/story/kingfisher-stories/   

van der Roest, E., et al. (2023). Utilisation of waste heat from PEM electrolysers – Unlocking local optimization. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (72), 27872-27891. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.374

Vuong, Q. H. (2025). Wild Wise Weird. AISDL. https://books.google.com/books?id=C5dDEQAAQBAJ