Đặt vấn đề
Việt Nam là một trong các quốc gia đang phát triển, chịu ảnh hưởng nặng nề bởi tác động của biến đổi khí hậu. Năm 2021, tại Hội nghị lần thứ 26 các bên tham gia Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (COP26), Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính đã đưa ra cam kết Việt Nam sẽ thực hiện mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050.
Việc ban hành Quyết định số 876/QĐ-TTg ngày 22/07/2022 là một trong những nỗ lực của Chính phủ để định hướng chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí carbon và khí mê-tan của ngành GTVT, qua đó góp phần hiện thực hóa mục tiêu đã cam kết tại COP26. Đối với lĩnh vực đường sắt, lộ trình chuyển đổi năng lượng xanh được xác định cụ thể như sau: Đến năm 2050: Chuyển đổi 100% đầu máy, toa xe đường sắt sử dụng điện, năng lượng xanh; chuyển đổi 100% trang thiết bị sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang sử dụng điện, năng lượng xanh tại các nhà ga....
Hiện nay, đường sắt Việt Nam đang khai thác vận dụng 244 đầu máy và 80 toa xe công vụ phát điện sử dụng nhiên liệu diesel. Đây được xem là nguồn phát sinh khí nhà kính đáng kể nhất trong hoạt động vận tải đường sắt tại Việt Nam. Theo định hướng, sau khi Việt Nam hoàn thành việc đầu tư, xây dựng mới tuyến đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam, tuyến đường sắt khổ hẹp hiện nay sẽ được sử dụng để chuyên vận tải hàng hóa. Về niên hạn phương tiện đường sắt theo quy định cụ thể tại Điều 18, Nghị định số 65/2018/NĐ-CP của Chính phủ, có hiệu lực thi hành từ ngày 01/07/2018 thì niên hạn sử dụng của đầu máy là không quá 40 năm. Sau khi điều chỉnh thời gian áp dụng theo Nghị định số 91/2023/NĐ-CP ngày 14/12/2023, đến năm 2031 sẽ có tổng số 114 đầu máy phải dừng hoạt động, trong khi các công nghệ đầu máy mới còn đang trong giai đoạn thử nghiệm và chi phí đầu tư thay thế đối với đầu máy xanh là hết sức lớn. Vì vậy, nghiên cứu của đề tài ngoài mục đích tìm kiếm phương án, giải pháp, công nghệ phù hợp để chuyển đổi, thay thế 244 đầu máy hiện có sang sử dụng điện, năng lượng xanh còn làm cơ sở đề xuất các tổ chức quốc tế hỗ trợ, đồng hành nhằm tranh thủ tối đa nguồn lực quốc tế để chuyển đổi xanh trong lĩnh vực đường sắt.
Những loại công nghệ đầu máy có ưu thế để thí điểm
Quá trình nghiên cứu của đề tài đã lựa chọn ra 6 loại công nghệ đầu máy có ưu thế, tiềm năng đáp ứng tiêu chí tiệm cận với mục tiêu giảm phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 để áp dụng cho đường sắt Việt Nam. Cụ thể:
Đầu máy sử dụng pin sạc: Hiện nay đầu máy sạc pin có thể vận hành liên tục từ 100-300 km cho một lần sạc, với thời gian sạc khoảng 1 giờ. Đầu máy này được đánh giá là có khả năng tiết kiệm đến 40% chi phí năng lượng so với đầu máy sử dụng nhiên liệu diesel và hoàn toàn không phát thải trực tiếp khí nhà kính. Công suất đầu máy sử dung pin sạc 500 kW đến 5 MW, tương ứng khoảng 670 HP 3.200 HP đáp ứng được các yêu cầu về sức kéo đối với vận tải hành khách và hàng hoá. Nhược điểm đối với đầu máy sử dụng pin sạc đó là dung lượng pin hạn chế và thời gian sạc lâu, điều này dẫn đến đầu máy chạy bằng pin thường có tầm hoạt động ngắn. Do vậy, tàu chạy trong khoảng cách nhất định phải dừng lại để sạc hoặc thay pin, làm giảm hiệu suất hoạt động. Hiện tại, các quốc gia thường sử dụng đầu máy này cho công tác dồn dịch, các tuyến ngắn, hoặc tuyến điện khí hóa không liên tục.
Đầu máy sử dụng nhiên liệu hydro: Loại đầu máy này có thể khai thác trên phạm vi 1.000 km/lần nạp nhiên liệu, thời gian mỗi lần nạp tương đối ngắn chỉ khoảng 15 phút. Tốc độ khai thác trung bình khoảng 80-120 km/h. Tương tự như đầu máy sử dụng pin sạc, đầu máy sử dụng nhiên liệu hydro cũng không phát thải trực tiếp khí nhà kính. Nhược điểm lớn nhất đối với loại đầu máy này liên quan đến việc sản xuất, vận chuyển, lưu trữ nhiên liệu hydro; chi phí đầu tư cho trạm nạp lớn và các yêu cầu về đảm bảo an toàn khác. Tuy nhiên, nhiên liệu hydro hiện nay được phần lớn các quốc gia đánh giá, lựa chọn là nguồn năng lượng sạch của tương lai.
Đối với đầu máy sử dụng nhiên liệu sinh học: Do đường sắt Việt Nam đã thử nghiệm đối với nhiên liệu sinh học thế hệ 1, 2 vào thời điểm năm 2013 nên không đề xuất tiếp tục thử nghiệm.
Đối với loại đầu máy LNG: Mỹ đã tiến hành thử nghiệm loại đầu máy LNG từ những năm 1999 đến 2007. Kết quả cho thấy, loại đầu máy này về cơ bản ít tiết kiệm năng lượng và tạo ra nhiều khí nhà kính hơn so với đầu máy chạy bằng diesel, đồng thời không hiệu quả về mặt chi phí.
Đối với đầu máy hybrid: Hiện nay có nhiều kiểu động cơ loại đầu máy hybrid như động cơ hỗn hợp desel + pin sạc, động cơ hỗn hợp điện + pin sạc, động cơ hỗn hợp hydro + điện... được phát triển với mục tiêu tối ưu hóa hiệu quả năng lượng, giảm lượng khí thải phát sinh. Nhược điểm của đầu máy này là khá nặng, hiệu quả xử lý khí nhà kính khoảng 20%, trong khi tuyến đường sắt quốc gia khổ hẹp Bắc Nam của Việt Nam được định hướng là tuyến chuyên phục vụ vận tải hàng hóa. Trong trường hợp sử dụng đầu máy hybrid sẽ phải đặt ra vấn đề liên quan đến nâng cấp kết cấu hạ tầng đường sắt để đảm bảo khả năng chịu tải. Hơn nữa, với việc xem xét vận dụng đầu máy hybrid sẽ không thể đảm bảo việc giảm phát thải bằng “0” theo cam kết của Việt Nam.
Đầu máy diesel mới hiệu suất cao: Giải pháp này sẽ phù hợp đối với các quốc gia đã làm chủ công nghệ sản xuất, chế tạo đầu máy diesel áp dụng. Với sự phát triển của trình độ khoa học và công nghệ trong việc cải tiến động cơ, kết hợp sử dụng nhiên liệu sinh học thế hệ 3, thế hệ 4 và trang bị thêm các thiết bị xử lý khí thải trên đầu máy sẽ góp phần giảm đáng kể lượng khí nhà kính từ hoạt động vận tải đường sắt với chi phí hợp lý. Tuy nhiên, hiện Việt Nam chưa tự sản xuất được đầu máy diesel, đồng thời giải pháp này về cơ bản sẽ không đảm bảo việc giảm phát ròng thải bằng “0” theo cam kết.
Phương án thí điểm, kế hoạch chuyển đổi
Theo tinh thần tại Quyết định số 876/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, Việt Nam cam kết sẽ giảm phát thải rong bằng “0” trong lĩnh vực đường sắt vào năm 2050 bằng nguồn trong nước kết hợp với hỗ trợ tối đa của quốc tế, do vậy, Ban chủ nhiệm đề xuất 2 công nghệ đầu máy mới gồm: Đầu máy sử dụng pin sạc và đầu máy sử dụng nhiên liệu hydro để thí điểm áp dụng trên đường sắt tại Việt Nam, đồng thời làm cơ sở để huy động nguồn tài trợ của cộng đồng quốc tế.
Nhóm nghiên cứu kiến nghị lựa chọn phương án thí điểm chung, đồng thời đối với 2 loại đầu máy nêu trên nhằm đánh giá một cách khách quan, toàn diện và trực tiếp về hiệu quả bảo vệ môi trường, hiệu quả đầu tư. Sau khi có kết quả thử nghiệm sẽ tổ chức đánh giá, đề xuất lựa chọn một loại công nghệ đầu máy phù hợp để thực hiện chuyển đổi nhằm đảm bảo tính đồng bộ, hiệu quả trong đầu tư, hiệu quả trong vận hành, bảo trì và làm chủ công nghệ. Tiến độ thực hiện thử nghiệm dự kiến: Giai đoạn chuẩn bị: 12 tháng (2026-2027); Giai đoạn thử nghiệm: 24 tháng (2028-2029); Giai đoạn đánh giá kết quả là quý 1/2030.
Nhóm nghiên cứu cũng đề xuất dự thảo Kế hoạch thực hiện chuyển đổi phương tiện (đầu máy) đường sắt sang sử dụng điện, năng lượng xanh dựa trên đánh giá kết quả thử nghiệm, chi tiết như sau:
Về khả năng thực hiện chuyển đổi: Xác định số lượng đầu máy cần thực hiện chuyển đổi là khoảng 250 chiếc trong giai đoạn 2031-2050. Sau khi thử nghiệm, sẽ tiến hành đánh giá trên cơ sở các yếu tố như: tính an toàn, chi phí đầu tư, chi phí vận hành, khả năng tương thích với kết cấu hạ tầng hiện có, hiệu quả bảo vệ môi trường, hiệu suất khai thác, khả năng chi trả của khách hàng (giá cước), khả năng thu hồi vốn; nguồn tài chính, cơ chế, chính sách hỗ trợ trong nước và quốc tế để chuyển đổi…
Về tiến độ, lộ trình theo từng giai đoạn: Thực hiện chuyển đổi toàn bộ 250 đầu máy hiện có trên mạng đường sắt khổ hẹp sang loại đầu máy sử dụng năng lượng xanh theo 4 giai đoạn. Cụ thể: Giai đoạn 1 (2030-2031) - Khảo sát và lập kế hoạch chi tiết; Giai đoạn 2 (2032-2037) - Chuyển đổi 50 đầu máy (chi phí đầu máy khoảng 3.750-8.750 tỷ đồng); Giai đoạn 3 (2038-2042) - Chuyển đổi 75 đầu máy (chi phí đầu máy khoảng 5.625-13.125 tỷ đồng); Giai đoạn 4 (2043-2049) - Chuyển đổi 125 đầu máy còn lại (chi phí đầu máy khoảng 9.375-21.875 tỷ đồng). Nhu cầu đào tạo nguồn lực: khoảng 250-335 người (chưa bao gồm việc đào tạo, chuyển giao công nghệ chế tạo đầu máy cho Việt Nam).
Kết luận
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã chỉ ra xu hướng đi đầu trên thế giới về chuyển đổi xanh trong lĩnh vực đường sắt hiện nay là điện khí hoá. Xu hướng tiếp theo là thay thế các đầu máy sử dụng nhiên liệu diesel bằng các loại đầu máy sử dụng nhiên liệu sạch đối với các tuyến đường sắt không phù hợp để điện khí hoá. Đối với xu hướng về thay thế đầu máy, nổi lên 2 công nghệ đầu máy đáp ứng tiêu chí xanh hiện đã có sản phẩm thương mại hoặc đang khai thác thương mại tại một số quốc gia gồm: Công nghệ đầu máy sử dụng nhiên liệu hydro đã được khai thác thương mại tại Đức năm 2022; công nghệ đầu máy sử dụng pin sạc hiện đã được một số quốc gia như Pháp, Nhật Bản, Trung Quốc thương mại hoá sản phầm và Thái Lan đang tiến hành khai thác thử nghiệm trên mạng đường sắt quốc gia của mình. Theo định hướng, sau khi tuyến đường sắt tốc độ cao hoàn thành và đưa vào khai thác thì tuyến đường sắt Bắc Nam hiện nay sẽ được sử dụng để chuyên vận tải hàng hoá và không xem xét điện khí hoá tuyến đường sắt này. Đồng thời, theo Quyết định số 1679/QĐ-BGTVT ngày 22/12/2023 của Bộ trưởng Bộ GTVT về việc Ban hành Kế hoạch của Bộ GTVT thực hiện Quyết định số 876/QĐ-TTg ngày 22/07/2022 của Thủ tướng Chính phủ thì việc chuyển đổi, thay thế 244 đầu máy, 80 toa xe công vụ phát điện sang sử dụng điện, năng lượng xanh là một trong những dự án trọng tâm. Tuy nhiên, với nguồn kinh phí để chuyển đổi toàn bộ lượng phương tiện đường sắt như nêu trên đòi hỏi nguồn lực về tài chính rất lớn, chưa kể việc cải tạo cơ sở hạ tầng hiện có (nếu cần), xây dựng mạng lưới trạm sạc, trạm nạp nhiên liệu phù hợp, chi phí đào tạo nhân lực, đầu tư cho các cơ sở bảo trì, sửa chữa đầu máy cũng như chi phí vận hành... Vì vậy, nếu chỉ sử dụng nguồn lực trong nước, nguồn lực của doanh nghiệp thì Việt Nam sẽ rất khó đạt được mục tiêu chuyển đổi xanh trong lĩnh vực đường sắt. Do đó, kết quả của đề tài sẽ là một trong những cơ sở khoa học nhằm xác định hợp lý nhu cầu về tài chính, nhu cầu về nguồn nhân lực cần đào tạo… để cấp có thẩm quyền xem xét đề xuất nguồn tài trợ của quốc tế cho chuyển đổi xanh trong lĩnh vực đường sắt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Trọng Tuấn (2013), Xây dựng, ứng dụng các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho một số loại đầu máy đường sắt, Báo cáo đề tài cấp Bộ Giao thông Vận tải.
2. Đinh Văn Thạo và cộng sự (2023), Báo cáo rà soát, tổng hợp Danh mục công nghệ/giải pháp phát thải carbon thấp và không phát thải carbon trong lĩnh vực đường sắt, Tổ chức Hợp tác Quốc tế Đức (GIZ).
3. Đinh Văn Thạo, Phạm Linh Chi, Đặng Tuyết Ly (2023), Tóm tắt chính sách Liên quan đến giảm phát thải khí nhà kính và mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 trong giao thông vận tải, Bộ Giao thông Vận tải.
4. AUS4TRANSPORT (2024), Những kinh nghiệm quốc tế tốt hỗ trợ Cục Đường sắt Việt Nam xây dựng dự thảo Luật Đường sắt 2017 sửa đổi.
5. Ian Skinner (AEA), Nik Hill, Sujith Kollamthodi, John Mayhew (2007), Railways and Biofuel First UIC Report.
6. Rail Pathways Initiative Phase 1: Landscape document, 2020.