Chuyển dịch năng lượng, xanh hóa giao thông vì mục tiêu Net Zero

Khử carbon cho ngành giao thông vận tải

Khi thế giới chạy đua để khử carbon mọi thứ, từ lưới điện đến công nghiệp, lĩnh vực giao thông vận tải không phải ngoại lệ. Giao thông vận tải đã tạo ra khoảng một phần tư lượng khí thải nhà kính liên quan đến năng lượng. Vì vậy xanh hóa nhiên liệu cho giao thông vận tải là nhiệm vụ bức thiết hơn lúc nào hết.

Nhiên liệu hóa thạch, chủ yếu là xăng, dầu diesel rất hiệu quả trong việc cung cấp năng lượng cho nhiều loại máy móc di động. Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, loài người đã hoàn thiện nghệ thuật khai thác, tinh chế, phân phối và đốt chúng trong động cơ, tạo ra một ngành công nghiệp rộng lớn và khó thay đổi. Việc từ bỏ nhiên liệu hóa thạch và tìm ra loại nhiên liệu thay thế phù hợp không hề dễ dàng với mọi quốc gia trên thế giới.

Mỗi giải pháp năng lượng đều có ưu và nhược điểm riêng. Pin hiệu quả nhưng lại quá nặng về trọng lượng. Hydro, nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ có sức mạnh năng lượng khổng lồ, nhưng sản xuất theo cách "xanh" lại tốn kém và bảo quản không hề dễ hay amoniac lại độc hại, còn hydrocarbon tổng hợp rất khó và tốn kém.

Hướng đi giúp ‘xanh hóa’ ngành giao thông trong tương lai

Ô tô

Các phương tiện chở khách đường bộ, kể cả taxi, xe buýt và xe máy tạo ra khoảng 45% lượng khí thải giao thông toàn cầu. Để giảm thiểu, nhiều quốc gia đã tuyên bố rằng tất cả ô tô mới phải chạy bằng điện vào trước năm 2035. Tính đến năm 2023, khoảng 14 triệu ô tô điện, chiếm khoảng 18% doanh số bán ô tô mới được bán ra trên thị trường toàn cầu.

Điều đáng ngạc nhiên là xe điện có từ những năm 1800, vì chúng đơn giản, êm hơn và ít mùi hơn so với xe xăng.

Vào đầu những năm 2000, pin nhiên liệu hydro được xem là giải pháp khử carbon khả thi cho ô tô. Các pin hóa học này chứa đầy khí hydro và sau đó hoạt động như một cục pin, kết hợp hydro với oxy trong không khí để tạo ra năng lượng và nước. Việc chuyển sang pin nhiên liệu mang đến cho người lái xe một chế độ tương tự như chế độ mà họ đã quen, khả năng đi được hàng trăm dặm giữa các lần tiếp nhiên liệu kéo dài vài phút.

Nhưng vẫn có những trở ngại khiến xe điện vẫn chưa triển khai nhanh được, chủ yếu là những thách thức về hạ tầng, hậu cần khi xây dựng mạng lưới các trạm nạp hydro và vấn đề kinh tế trong việc sản xuất hydro cần thiết theo cách xanh. Tính đến năm 2023, một số công ty Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất thương mại pin natri-ion. Natri rất dồi dào, đây là nguyên tố phổ biến thứ sáu trên Trái đất, vì vậy, nó rẻ hơn rất nhiều so với lithium, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho xe điện giá rẻ.

Tàu hỏa

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), đường sắt hiện là phân ngành vận tải được điện khí hóa cao nhất và chỉ chiếm 1% lượng khí thải giao thông. Tàu hỏa, giống như xe tải, là những con “quái vật” cần rất nhiều năng lượng. Nhưng nhiều tàu hỏa đã chạy bằng dây điện hoặc đường ray. Những loại khác sử dụng nhiên liệu, thường là dầu diesel, và biến nhiên liệu thành điện trên tàu để cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động. Đây là bước tương đối đơn giản tiến tới thay thế dầu diesel bằng thứ khác, như hydro hoặc pin, để cung cấp năng lượng cho động cơ điện vì tàu hỏa dễ điện khí hóa nhất trong các phương tiện giao thông.

IEA cho biết, việc mở rộng đường sắt điện là một ý tưởng hay, đặc biệt là nếu nó thay thế các chuyến bay. Ngày nay, trung bình mỗi dặm hành khách đi trên tàu hỏa chỉ thải ra một phần năm lượng khí thải so với cùng quãng đường đi trên máy bay. IEA lưu ý rằng việc lắp đặt một tuyến đường sắt điện mới là một đề xuất tốn kém. Về cơ bản, toàn bộ đội tàu toàn cầu cần chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch. Hiện tại, chỉ có 1,2% tàu ​​hỏa trên toàn cầu sử dụng nhiên liệu phát thải thấp, nhưng 21% tàu ​​mới được đặt hàng sẽ được thiết kế để chạy bằng các loại nhiên liệu thay thế.

Hiện tại, một giải pháp thay thế phát thải thấp phổ biến là bio-methanol (làm từ thực vật). Nhưng thực tế lại không có đủ đất để trồng nhiên liệu sinh học dự trữ cho số lượng tàu hỏa toàn cầu. Vì vậy lâu dài, người ta đặt cược vào amoniac (NH3), giải pháp được xem là khả thi nhất. Đây là nhiên liệu lỏng giàu hydro cung cấp rất nhiều năng lượng. Thêm vào đó, chúng ta đã biết cách tạo ra và vận chuyển nó.

Trên toàn cầu, khoảng 150 triệu tấn amoniac được sản xuất mỗi năm, chủ yếu làm phân bón. Amoniac rẻ hơn hydro nguyên chất (mặc dù nó có hydro là thành phần), vì hydro nguyên chất đi kèm với gánh nặng năng lượng và chi phí bổ sung khi phải chịu áp suất và giữ lạnh để lưu trữ. Ngược lại, amoniac tương đối dễ bảo quản, vận chuyển ở dạng lỏng. Và mặc dù amoniac cần nhiều không gian lưu trữ hơn nhiên liệu hóa thạch, nhưng điều này ít quan trọng đối với tàu thuyền so với ô tô. Tuy nhiên, người ta cần phải thiết kế lại động cơ để chạy bằng amoniac và khắc phục tính độc hại của amoniac.

Ngoài ra còn có nhiều cách khác để giảm lượng khí thải từ tàu thủy, bao gồm vận chuyển ít hàng hóa hơn, cải thiện hậu cần, hạn chế dùng tàu thuyền trên những cung đường ngắn hơn, hoặc khai thác gió bằng buồm hiện đại.

Máy bay

Có lẽ ngành khó khử carbon nhất là hàng không, chiếm khoảng 12% lượng khí thải của ngành vận tải. Năm 2022, Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế của Liên hiệp quốc đã cam kết ngành công nghiệp này sẽ trở nên trung hòa carbon vào năm 2050, vì vậy cuộc đua đang diễn ra để thay thế nhiên liệu hiện tại, dầu hỏa, bằng năng lượng sạch - nhiên liệu hàng không bền vững. Tính đến năm 2022, khoảng 300 triệu đến 450 triệu lít "nhiên liệu bền vững" được sử dụng trong ngành hàng không, nhưng con số này chỉ chiếm chưa đến 0,15% tổng thị trường.

Hiện tại, lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất cho nhiên liệu bền vững là nhiên liệu sinh học được làm từ chất béo, dầu và mỡ (như dầu ăn đã qua sử dụng) đã được chuyển đổi thành dầu hỏa bằng phương pháp hóa học.

Lựa chọn tiếp theo là nhiên liệu sinh học làm từ chất thải lâm nghiệp, chẳng hạn như cành cây và khúc gỗ đổ hoặc thậm chí là vỏ hạt. Nguồn nguyên liệu này có thể cung cấp lượng nhiên liệu tương đương với dầu thải, nhưng quá trình chuyển đổi hóa học phức tạp hơn.

Một lựa chọn lâu dài cho nhiên liệu phản lực bền vững là tạo ra hydrocarbon từ không khí tái chế. Những loại nhiên liệu tổng hợp này (đôi khi được gọi là nhiên liệu điện thành lỏng hoặc nhiên liệu điện tử) lấy carbon dioxide từ không khí và kết hợp carbon đó với hydro phát thải thấp.

Các nhà máy thu khí trực tiếp, như chúng được gọi, là các cơ sở công nghiệp sử dụng chất lỏng hoặc chất rắn như một miếng bọt biển để thấm CO₂ từ không khí xung quanh. Những nhà máy này hiện đang tăng cường hoạt động thương mại quy mô lớn như một nhà máy ở Texas, Mỹ dự kiến sẽ đi vào năm 2025. Nhà máy đầu tiên trên hành tinh này có khả năng hút khoảng nửa triệu tấn CO₂ từ không khí mỗi năm.

Sử dụng hydro nguyên chất cũng là một lựa chọn lâu dài khả thi, bằng cách đốt cháy nó trong động cơ (giống như cách NASA phóng tên lửa) hoặc sử dụng nó để chạy pin nhiên liệu. Nhưng điều đó đòi hỏi các bình chứa đặc biệt để lưu trữ hydro ở áp suất đủ cao và nhiệt độ đủ thấp để vừa với máy bay.

Pin cũng là một khả năng, đặc biệt là đối với các chuyến bay ngắn hơn, nhỏ hơn như các chuyến bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng bằng điện (eVTOL), về cơ bản là taxi bay. Rất nhiều nghiên cứu dài hạn đang được thực hiện hiện nay trên các loại pin khó chế tạo nhưng có tiềm năng ngoạn mục. Ví dụ, pin lithium-không khí sẽ lấy oxy từ không khí khi đang di chuyển như một thành phần điện cực quan trọng, khiến chúng cực kỳ nhẹ và phù hợp với ngành hàng không.

Dự thảo xe buýt chạy bằng điện vào năm 2030 tại Việt Nam

Theo Hiệp hội Năng lượng Việt Nam (EVA), Sở Giao thông Vận tải TP.HCM đang lấy ý kiến của các cơ quan chức năng về kế hoạch phát triển hệ thống xe buýt chạy bằng điện, hoặc năng lượng xanh, nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thực hiện mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Bên cạnh sự đồng thuận, cũng còn không ít lo lắng của người tham gia vận hành xe buýt.

Theo Đề án Kiểm soát khí thải phương tiện giao thông (giai đoạn 1) chuyển đổi phương tiện vận tải hành khách công cộng bằng xe buýt sử dụng điện, năng lượng xanh trên địa bàn TP.HCM do Sở Giao thông Vận tải TP.HCM soạn thảo: Mục tiêu đến năm 2030 có 3.317 xe buýt phục vụ vận tải công cộng và 100% phương tiện sử dụng điện, hoặc năng lượng xanh.

Theo đó, những tuyến xe buýt có trợ giá sử dụng điện, khí CNG, nhiên liệu diesel được tiếp tục thực hiện cho đến khi hết thời hạn hợp đồng đã ký kết. Xe buýt sử dụng nhiên liệu diesel được tiếp tục hoạt động cho đến năm 2029. Năm 2030 tất cả chuyển sang sử dụng xe điện. Các tuyến xe buýt mở mới từ năm 2025 trở đi phải sử dụng điện, năng lượng xanh.

Tổng kinh phí thực hiện chuyển đổi phương tiện giao thông công cộng bằng xe buýt từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang sử dụng năng lượng điện và đầu tư xây dựng hạ tầng trạm sạc điện giai đoạn 2025-2030 khoảng 34.000 tỷ đồng, trung bình mỗi năm chi phí 5.667 tỷ đồng.

Giải pháp này phù hợp với cơ sở pháp lý và thực tiễn, đủ hấp dẫn để khuyến khích nhà đầu tư tham gia xe buýt sử dụng năng lượng xanh, đầu tư xây dựng trạm sạc điện phục vụ cho phương tiện giao thông trên địa bàn TP.HCM.