[Catalisti] “Chúng tôi là những người đầu tiên trên thế giới tạo ra hydro từ không khí ngoài trời và ánh sáng mặt trời”
Dự án Đổi mới giai đoạn sau (LSI) HyPPr đã kết thúc vào giữa năm 2023. Dự án Moonshot này trong Đổi mới năng lượng được tiếp nối bởi công ty khởi nghiệp công nghệ Solhyd, công ty này tìm kiếm tác động xã hội với tấm pin hydro có thể triển khai rộng rãi. Khí hydro sẽ đóng vai trò quan trọng như một chất mang năng lượng của năng lượng tái tạo. Một dây chuyền sản xuất thí điểm hiện đang được phát triển, trong đó các tấm pin này sẽ được mở rộng hơn nữa. Tổng giám đốc điều hành Jan Rongé giải thích tầm quan trọng của Moonshot trong hành trình này và nói về những thách thức hiện nay.
Dự án Moonshot HyPPr ra đời như thế nào?
Jan Rongé: “Hơn một thập kỷ trước, chúng tôi bắt đầu từ một tờ giấy trắng để tìm ra cách tốt nhất để tạo ra hydro bằng năng lượng mặt trời. Đó thực sự là một dự án đột phá: làm việc lâu dài trên một công nghệ có thể tạo ra bước đột phá. Hydro xanh hoàn toàn không được biết đến nhiều như ngày nay. Năng lượng mặt trời và gió vẫn bị nhìn nhận với rất nhiều sự hoài nghi. Trong bối cảnh đó, chúng tôi bắt đầu sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra hydro xanh.”
Có cơ sở khoa học nào cho điều đó không?
Jan Rongé: “Ý tưởng tạo ra hydro bằng năng lượng mặt trời đã được khám phá từ những năm 1970, sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ. Sau đó, một mặt, nghiên cứu về tấm pin mặt trời phát triển nhanh chóng, mặt khác, nghiên cứu về công nghệ hydro chạy bằng năng lượng mặt trời. Nhiều thập kỷ nghiên cứu đã mang lại nhiều thành quả, nhưng chưa bao giờ có sản phẩm. Tuy nhiên, đó là giấc mơ mà chúng tôi đang hướng tới. Trong giai đoạn 2012-2014, chúng tôi không muốn dành thêm bốn mươi năm trong phòng thí nghiệm. Có sự cấp bách. Chúng tôi đã nói: chúng tôi cần một giải pháp cho vấn đề khí hậu ngay bây giờ. Bây giờ chúng tôi muốn một sản phẩm chuyển đổi ánh sáng mặt trời và nước từ không khí thành hydro.”
Solhyd làm điều gì độc đáo?
Jan Rongé: “Sản xuất khí hydro trực tiếp thông qua năng lượng mặt trời ít rõ ràng hơn về mặt công nghệ so với việc kết hợp máy điện phân với năng lượng gió. Chúng tôi tạo ra hydro từ ánh sáng mặt trời và không khí trong khí quyển. Hydro thực sự rơi từ trên trời xuống. Chúng tôi gọi đây là hydro vàng. Công nghệ hydro xanh hiện có với máy điện phân sử dụng điện và nước để tạo ra hydro. Chúng tôi tạo ra hydro mà không cần điện và không cần thêm nước. Vì vậy, tác động của chúng tôi đến môi trường nhỏ hơn đáng kể. Chúng tôi sản xuất công nghệ năng lượng tái tạo hoàn toàn vì chúng tôi độc lập với sản xuất năng lượng xanh bên ngoài.”
Trở thành nhà phát triển sản phẩm
Mục tiêu của bạn ngay từ đầu là tạo ra một sản phẩm?
Jan Rongé: “Vào thời điểm đó, tôi đã làm luận văn thạc sĩ và tiến sĩ với người đồng sáng lập Tom Bosserez về chủ đề này. Điều này bắt đầu với nghiên cứu vật liệu học thuật cơ bản, rất hữu ích để biết điều gì hiệu quả và điều gì không, các nguyên tắc cơ bản là gì. Chúng tôi đã học được rất nhiều từ đó. Ngay sau đó, chúng tôi thấy rằng mức độ ẩm trong không khí phù hợp với lượng năng lượng mặt trời có thể chuyển đổi thành khí hydro. Chúng tôi thấy rằng chúng tôi thậm chí không cần nước lỏng. Chúng tôi chỉ có thể sử dụng không khí cùng với ánh sáng. Đó là vào năm 2013. Ngay từ khi bắt đầu nghiên cứu, chúng tôi đã nghĩ đến một hội đồng. Với nghiên cứu của mình, chúng tôi đã chứng minh rằng điều đó có thể thực hiện được. Chúng tôi là người đầu tiên trên thế giới tạo ra hydro từ không khí bên ngoài và ánh sáng mặt trời.”
Tất cả những điều này diễn ra ở quy mô nào?
Jan Rongé: “Điều này được thực hiện ở quy mô centimet (1 cm2). Chúng tôi tạo ra rất ít hydro đến mức cần đến những thiết bị rất đắt tiền để chứng minh rằng chúng tôi đang tạo ra hydro và định lượng số lượng. Đó là cuộc trình diễn đầu tiên, nhưng là một bước tiến rất lớn.”
Bạn đã có thể chuyển khá nhanh sang một công ty con (Solhyd) sau dự án đổi mới giai đoạn sau trong Moonshot?
Jan Rongé: “Trong những năm học tiến sĩ, chúng tôi đã đặt nền tảng khoa học, lựa chọn vật liệu và tìm ra các nguyên tắc. Đó là điều khá mới mẻ. Tài liệu khoa học không nói về việc chiết xuất hydro từ không khí. Công nghệ của chúng tôi cũng không chỉ là chất xúc tác đơn thuần. Cuối cùng, đó là về một sản phẩm phải có giá cả phải chăng và có thể mở rộng quy mô. Vào năm 2017, chúng tôi bắt đầu tập trung vào chính sản phẩm đó.”
Các học giả đã trở thành nhà phát triển sản phẩm.
Jan Rongé: “Đó là một sự tiến hóa khá lớn. Chúng tôi đã phải tự đổi mới mình với tư cách là nhà phát triển sản phẩm và doanh nhân. Trong học viện, bạn làm những điều thú vị và mới mẻ, thường rất phức tạp. Bạn hướng đến những thứ khó mở rộng quy mô. Chúng tôi cắt bỏ mọi thứ không cần thiết cho sản phẩm và làm cho nó đắt hơn một cách không cần thiết. Ban đầu, chúng tôi thậm chí còn tự chế tạo tấm pin mặt trời trong phòng sạch, sau đó chúng tôi làm việc với các tấm pin mặt trời được chế tạo riêng cho chúng tôi và ngày nay là các mô-đun thương mại thông thường. Chúng tôi đã tự làm cho mình quá khó khăn. Ngày nay, chúng tôi dựa vào một ngành công nghiệp đã mở rộng quy mô và chúng tôi tận dụng thị trường đó. Bản chất là phải hiệu quả và giá cả phải chăng nhất có thể.”
Khả năng chi trả và khả năng mở rộng quy mô
Không sử dụng vật liệu khan hiếm hoặc đắt tiền?
Jan Rongé: “Theo nguyên tắc, nhưng cũng vì khả năng chi trả. Một tấm pin mặt trời không tốn kém gì và tấm pin hydro của chúng tôi cũng vậy. Một máy điện phân cổ điển có thể được so sánh với một nhà máy điện hạt nhân. Nó có
được sử dụng rất nhiều, biện minh cho vật liệu đắt tiền hơn và giá cao hơn. Chúng tôi theo một chiến lược ngược lại: sử dụng rộng rãi, trực tiếp với ánh sáng mặt trời ở công suất thấp và do đó, chi phí sẽ không đáng kể. Đó là lý do tại sao chúng tôi bỏ qua các vật liệu đắt tiền. Chúng tôi không bao giờ dùng đến kim loại quý. Cho đến ngày nay, chúng tôi vẫn đang thành công trong việc này.”
Sản phẩm của bạn so với các máy điện phân thông thường như thế nào?
Jan Rongé: “Tất nhiên, câu hỏi đặt ra là các máy điện phân thông thường như vậy lấy năng lượng từ đâu. Nếu đến từ các tấm pin mặt trời, giải pháp của chúng tôi thông minh hơn và chiếm ít không gian hơn. Một tấm pin Solhyd ở Bỉ có sản lượng 6 kg hydro mỗi năm. Vì vậy, bạn cần rất nhiều tấm pin. Nhưng đó không phải là rào cản khi bạn thấy năng lượng mặt trời đang phát triển như thế nào.
Ví dụ, hiện chúng tôi đang nghiên cứu về nông nghiệp quang điện, kết hợp nông nghiệp với sản xuất hydro. Nếu bạn sử dụng một vài phần trăm diện tích nông nghiệp có sẵn cho các tấm pin của chúng tôi, bạn sẽ tạo ra nhiều hydro hơn so với sản xuất tại cảng Antwerp từ khí đốt tự nhiên hiện nay. Tiềm năng là có. Tôi tin rằng tại Bỉ, chúng ta có thể tự sản xuất hầu hết năng lượng tái tạo. Không chỉ ngoài khơi mà còn trên bờ.”
Tiềm năng là có. Tôi tin rằng tại Bỉ, chúng ta có thể tự sản xuất hầu hết năng lượng tái tạo. Không chỉ ngoài khơi mà còn trên bờ.
Tiềm năng này, ví dụ như đối với nông nghiệp, đã được biết đến đầy đủ chưa?
Jan Rongé: “Vẫn còn nhiều rào cản. Với các tấm pin hydro cũng như máy điện phân, việc sản xuất hydro và bán với giá tốt thường vẫn rất tốn kém. Thứ hai, cơ sở hạ tầng hiện nay còn thiếu. Fluxys đang xây dựng mạng lưới hydro trên khắp châu Âu với các đối tác của mình. Chỉ khi có mạng lưới như vậy, bạn mới có thể kích hoạt các khu vực nông nghiệp gần mạng lưới. Việc điều chỉnh cơ sở hạ tầng là điều cần thiết cho toàn bộ quá trình chuyển đổi năng lượng.”
Bạn có đang tìm kiếm các ứng dụng mới, có liên quan khác hiện nay không?
Jan Rongé: “Chúng tôi có một vấn đề xa xỉ. Trong khi các nhà sản xuất máy điện phân đang tìm kiếm các địa điểm quy mô lớn, chúng tôi có thể đặt ở bất kỳ quy mô nào và ở bất kỳ đâu trên thế giới. Không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất, nhưng có thể thực hiện được. Mục tiêu của chúng tôi là mọi năng lượng đều có thể tái tạo. Hydro của chúng tôi không chỉ có thể là chất mang năng lượng mà còn là nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất. Chúng tôi muốn giúp đáp ứng nhu cầu khổng lồ về hydro.
Trong một số ứng dụng quy mô rất lớn, sự liên quan là rõ ràng. Trong hóa học, thép và hàng không vũ trụ, điều này rất có ý nghĩa. Đó là nơi có tiềm năng trong tương lai. Không chỉ để tăng giá trị kinh tế mà còn để giảm CO2. Chúng tôi đang xem xét các lĩnh vực như vậy một cách hiệu quả để tạo ra tác động.
Đối với các ứng dụng vừa và nhỏ, chúng tôi đang tìm cách tăng tỷ lệ năng lượng tái tạo nhờ vào sản phẩm của mình. Các ứng dụng vẫn sử dụng dầu và khí đốt vì chúng không thấy sự thay thế nào, nhưng chúng tôi có thể sản xuất hydro ở quy mô của chúng. Khi đó, điều này trở nên thú vị.”
Dự án Moonshot đã diễn ra ở quy mô nào?
Jan Rongé: “Trong những năm cuối cùng của hành trình, nhưng vẫn trong bối cảnh học thuật, chúng tôi đã thực hiện hai điều quan trọng. Chúng tôi đã phát triển một tấm pin hydro thế hệ đầu tiên đủ tin cậy để thử nghiệm, sản xuất và thực hiện các dự án nhỏ đầu tiên. Các nguồn lực của Moonshot đã được sử dụng để nghiên cứu sản phẩm. Ngoài ra, nhờ Moonshot, chúng tôi đã thiết lập một dây chuyền sản xuất thử nghiệm và phát triển bản thiết kế cho sản xuất hiệu quả. Điều này rất quan trọng. Công nghệ của chúng tôi chỉ trở nên thú vị nhờ sản xuất hàng loạt hoặc hàng loạt, như trong lĩnh vực tấm pin mặt trời: bạn phát triển một mô-đun trở nên rẻ hơn bằng cách sản xuất nhiều mô-đun như vậy.”
Hiện tại, bạn đang ở đâu với việc mở rộng quy mô và cần những nguồn lực nào để thực hiện điều đó?
Jan Rongé: “Một mặt là tạo ra sản phẩm thế hệ thứ hai rẻ hơn và hiệu quả hơn, đây vẫn là một bước tiến lớn, mặt khác là mở rộng quy mô sản xuất. Với dây chuyền sản xuất thử nghiệm hiện tại, chúng tôi không thể xử lý các dự án lớn. Trong vòng hai năm nữa, chúng tôi muốn khởi động một nhà máy có thể sản xuất hàng loạt quy mô lớn dựa trên những gì chúng tôi đã học được ở đây.”
Thế hệ tấm pin hydro tiếp theo
Tấm pin thế hệ thứ hai hướng đến mục tiêu gì?
Jan Rongé: “Sản phẩm của chúng tôi đủ tốt cho các dự án thử nghiệm nhưng có thể được sản xuất hiệu quả hơn và rẻ hơn nữa. Hiện nay, chúng tôi đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro là 15% trong phòng thí nghiệm ở quy mô nhỏ và với vật liệu phù hợp. Với tấm pin thế hệ 2, chúng tôi muốn tiến tới con số đó với tấm pin sản xuất hàng loạt giá rẻ. Quan trọng: cho toàn bộ chuỗi từ năng lượng mặt trời đến hydro, bao gồm mọi thứ. Bởi vì nếu bạn nhìn vào công nghệ điện phân, chúng thường chỉ mang lại hiệu quả cho chính thiết bị, nhưng còn nhiều thứ khác nữa: lọc và làm mát nước, nhiều loại điều khiển, chuyển đổi năng lượng. Vì vậy, bạn có rất nhiều bước trung gian. Chúng tôi đưa toàn bộ chuỗi (với một công suất lưới điện nhất định, kết nối lưới điện, chuyển đổi, hệ thống điều khiển) vào một thiết bị đơn giản có thể tự đứng vững và biến nó thành một quy trình.”
Mục tiêu của bạn khi sản xuất tấm pin là gì?
Jan Rongé: “Mục tiêu là đạt được hàng chục nghìn đơn vị càng sớm càng tốt. Đây là quy mô megawatt hoặc tương đương với khoảng một tua-bin gió mỗi năm. Con số đó vẫn còn nhỏ. Ngay cả khi chúng ta đạt quy mô gigawatt, vài trăm tua-bin gió mỗi năm, thì con số đó cũng đã rất lớn, nhưng vẫn còn quá ít. Để so sánh: chỉ riêng trong các tấm pin mặt trời, công suất khoảng 400 gigawatt được bổ sung mỗi năm. Chúng ta phải rất tham vọng nếu muốn đóng vai trò quan trọng trong thị trường năng lượng”.
Nguồn tài trợ Moonshot cho phép chúng tôi thực hiện bước cuối cùng hướng tới một thứ gì đó sẵn sàng để thương mại hóa.
Tầm quan trọng của Moonshot
Moonshot là một mắt xích quan trọng đối với dự án HyPPr. Moonshot mang lại những lợi thế gì?
Jan Rongé: “Moonshot rất quan trọng. Chúng tôi đang phát triển công nghệ sâu, công nghệ mang tính đột phá, mới mẻ và có rủi ro. Đặc biệt là ở Bỉ - ở Hoa Kỳ thì lại là một câu chuyện khác - không dễ để tìm thấy những người có nhiều tiền. Vào năm 2019, chúng tôi đã thu hút được sự chú ý của giới truyền thông với hội thảo đầu tiên của mình. Chúng tôi đã có bằng chứng về khái niệm. Chúng tôi đã tạo ra một tấm bảng với rất nhiều nỗ lực. Chúng tôi thậm chí không thể tạo ra hai tấm bảng vào thời điểm đó, chúng tôi cũng không thể để chúng bên ngoài trong một năm. Vẫn còn rất nhiều bước phải thực hiện.
Moonshot cho phép chúng tôi đi theo một con đường trong bối cảnh học thuật, với hai lợi thế: thứ nhất, có thể suy nghĩ dài hạn – với các nhà đầu tư, ngắn hạn thường len lỏi vào. Thành công của công nghệ của chúng tôi là suy nghĩ dài hạn để phát triển và chuẩn bị sẵn sàng. Thứ hai, giảm rủi ro. Khi chúng tôi thực sự tìm kiếm các nhà đầu tư, chúng tôi đã gần đến hồi kết của dự án Moonshot. Họ đã thấy: bạn có một sản phẩm, bạn đã biết cách tạo ra nó, bạn có nhà cung cấp, chuỗi cung ứng. Điều đó còn hơn cả một nhóm học thuật với một ý tưởng hay. Nguồn tài trợ Moonshot cho phép chúng tôi thực hiện bước cuối cùng hướng tới một công nghệ sẵn sàng để thương mại hóa.”
