Ngày 25/5/2023, tàu container nội địa chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới mang tên H2 Barge 1 đã chính thức hạ thủy và hoạt động trên vùng biển Rotterdam (Hà Lan). Được hoán cải tại Holland Shipyards Group ở Werkendam, sà lan điện–hydro này hiện đảm nhận vận chuyển container cho Nike giữa cảng Rotterdam, cảng Antwerp và trung tâm phân phối tại Meerhout. Là tàu không phát thải, H2 Barge 1 chỉ thải ra không khí ẩm và nước.
Sáng kiến này là một phần trong những nỗ lực rộng hơn của Future Proof Shipping (FPS) cùng nhiều dự án tại châu Âu nhằm thúc đẩy các giải pháp vận tải không phát thải cho hệ thống đường thủy nội địa. Điều này cho thấy xu hướng chuyển dịch sang hoạt động hàng hải sạch hơn, dù vận tải biển – tương tự như hàng không – vẫn là một trong những lĩnh vực khó giảm phát thải carbon nhất hiện nay.
Ngành vận tải biển, lĩnh vực chiếm khoảng 3% lượng khí thải CO₂ toàn cầu, hiện vẫn phụ thuộc lớn vào nhiên liệu hóa thạch do nhu cầu năng lượng khổng lồ và phạm vi hoạt động dài. Tuy nhiên, khác với hàng không, tàu biển có không gian lưu trữ nhiên liệu lớn hơn, khiến mật độ năng lượng thể tích thấp của hydro ít trở thành rào cản trong quá trình ứng dụng.
Hiểu về hydro như một loại nhiên liệu
Hydro từ lâu đã được biết đến với hàm lượng năng lượng cao tính trên mỗi đơn vị khối lượng. Khi được sử dụng trong pin nhiên liệu, hydro kết hợp với oxy để tạo ra điện, với nước là sản phẩm phụ duy nhất. Phản ứng đơn giản này khiến hydro trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong việc cắt giảm phát thải carbon. Tuy vậy, quá trình sản xuất và lưu trữ hydro vẫn đi kèm không ít thách thức.
Hiện nay, hydro được sản xuất theo nhiều phương pháp khác nhau, trong đó bền vững nhất là điện phân, sử dụng điện – lý tưởng nhất là được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo – để tách nước thành hydro và oxy. Phương pháp này, còn gọi là hydro xanh, đang thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm khi chi phí năng lượng tái tạo giảm xuống. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (International Energy Agency), sản xuất hydro xanh có thể mở rộng đáng kể trong thập kỷ tới khi chi phí năng lượng tái tạo giảm, Lượng hydro tiêu thụ trong vận tải biển có thể tăng từ dưới 1% hiện nay lên khoảng 19% vào năm 2050.
Khâu lưu trữ và vận chuyển làm gia tăng thêm mức độ phức tạp, bởi hydro ở dạng nén hoặc hóa lỏng đòi hỏi cơ sở hạ tầng chuyên dụng do các phân tử rất nhỏ, dễ rò rỉ.
Hydro trong vận tải biển đang dần trở thành hiện thực
Sau khi H2 Barge 1 đi vào hoạt động, nguyên mẫu thứ hai mang tên H2 Barge 2 đã hoàn tất các thử nghiệm đầu tiên vào tháng 3/2024 và hiện đang vận hành không phát thải trên tuyến vận tải nhộn nhịp dọc sông Rhine, kết nối Rotterdam (Hà Lan) và Duisburg (Đức).
Ban đầu được đóng như một tàu container chạy bằng động cơ diesel truyền thống, H2 Barge 2 đã được tháo bỏ toàn bộ động cơ đốt trong và các két nhiên liệu hóa thạch vào năm 2023 trong quá trình hoán cải tại Holland Shipyards Group ở Werkendam. Hiện nay, hệ thống động lực mới của tàu gồm sáu mô-đun pin nhiên liệu PEM (màng trao đổi proton), cung cấp tổng công suất 1,2 MW, kết hợp với các bồn chứa hydro, bộ pin lưu trữ và hệ truyền động điện được lắp đặt dưới boong.
Con tàu mang tính đột phá này có khả năng chở lượng hàng tương đương 190 container 20 feet và có thể lai dắt thêm sà lan đẩy, qua đó hứa hẹn cắt giảm lượng khí thải xuống khoảng 3.000 tấn CO₂ mỗi năm.
Tại lễ ra mắt H2 Barge 2, Tổng giám đốc Future Proof Shipping (FPS), Richard Klatten, cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra một điều hoàn toàn mới trong ngành vận tải biển. Đây là dự án Flagships đầu tiên và cũng là con tàu thứ hai của chúng tôi, và hydro đang dần trở thành một tiêu chuẩn của ngành, đặc biệt trong lĩnh vực tàu thủy nội địa. Chúng tôi là những người táo bạo khi bắt tay vào việc này. Nhưng chúng tôi đã làm được điều mà năm năm trước, hầu như không ai nghĩ là khả thi.”
Dù FPS không công bố chi tiết công nghệ đứng sau các tàu H2 Barge, trong một cuộc phỏng vấn sau lễ ra mắt, ông cho biết: “Chúng tôi cố gắng không thiên về một lĩnh vực kỹ thuật cụ thể nào và luôn hướng đến việc tìm kiếm những giải pháp tối ưu nhất cho các con tàu mà mình triển khai,”.
Một trong những thách thức lớn nhất cần vượt qua là chi phí. Ông Richard Klatten cho biết: “Nếu nói đến phát triển bền vững, chúng ta buộc phải làm việc với những con tàu đang hiện hữu trên thị trường — riêng khu vực Port of Rotterdam đã có khoảng 5.000 tàu thủy nội địa. Phần lớn trong số đó thuộc sở hữu tư nhân, và nhu cầu vốn đầu tư ban đầu là rất lớn.” Tuy vậy, ông kỳ vọng sẽ có thêm nhiều nhà đầu tư tham gia trong thời gian tới.
Tàu chạy bằng hydro: Tiêu chuẩn của tương lai
Không còn chỉ giới hạn trong một vài dự án thử nghiệm, vận tải biển sử dụng hydro đang dần lan rộng trên toàn cầu. Một trong những dự án mới nhất thu hút sự chú ý được triển khai tại Lithuania, nơi các nhà đóng tàu Baltic Workboats Ltd và Western Baltija Shipbuilding gần đây vừa hạ thủy một tàu chở dầu chạy bằng pin nhiên liệu hydro dài 42 mét, dung tích 400 m³ (khoảng 1/16 sức chở của H2 Barge 2), được thiết kế để thu gom chất thải tàu tại cảng Klaipėda. Con tàu sử dụng pin nhiên liệu hydro kết hợp hệ động lực điện, cho phép vận hành liên tục tới 36 giờ trong vùng nước cảng, với tổng mức đầu tư khoảng 11,7 triệu euro và dự kiến bàn giao vào cuối năm 2025.
Tuy nhiên, các doanh nghiệp hàng hải cũng đang đầu tư vào tàu chở khách thương mại. Vào tháng 7/2024, chiếc catamaran dài 70 feet mang tên MV Sea Change, có khả năng chở tối đa 75 hành khách, đã bắt đầu cung cấp các chuyến đi miễn phí giữa Pier 41 và San Francisco Ferry Terminal, trong khuôn khổ chương trình thí điểm kéo dài sáu tháng nhằm chứng minh tính khả thi của công nghệ pin nhiên liệu hydro trong vận tải biển.
MV Sea Change vận hành bằng hệ thống pin nhiên liệu hydro, tạo ra điện thông qua phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy, với sản phẩm thải duy nhất là hơi nước. Đặc biệt, một phần lượng nước này được ngưng tụ và tái khoáng để uống, khiến đây trở thành con tàu hiếm hoi mà hành khách có thể “uống cả khí thải”. Tàu có sức chứa 250 kg hydro, cho phép di chuyển khoảng 300 hải lý và hoạt động liên tục tới hai ngày trước khi cần tiếp nhiên liệu.
Bước tiếp theo của hydro trong vận tải biển là gì?
Các tàu chạy bằng hydro hiện vẫn đang ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển, và dù bản thân nhiên liệu này còn đắt đỏ hơn so với các nhiên liệu truyền thống như diesel, những tiến bộ công nghệ đang từng bước kéo giảm chi phí. Nhu cầu ngày càng tăng đối với hydro xanh có thể tạo ra hiệu quả kinh tế theo quy mô, qua đó hạ giá thành và giúp hydro trở nên cạnh tranh hơn so với nhiên liệu hóa thạch.
Cùng với sự phát triển của công nghệ, ngày càng nhiều tàu sử dụng hydro được đưa vào khai thác, cho thấy vận tải biển sạch không còn là viễn cảnh xa vời.
Chris Lin
Nguồn: aveva
