Công nghệ sản xuất graphene từ khí thiên nhiên (methane) kèm hydrogen sạch — tổng quan, so sánh và giá thị trường

Công nghệ sản xuất graphene từ khí thiên nhiên (methane) kèm hydrogen sạch — tổng quan, so sánh và giá thị trường

Ban Thư ký CLB VAHC tổng hợp

1. Giới thiệu & động lực

Trong bối cảnh năng lượng xanh, việc chuyển đổi khí thiên nhiên (CH₄) thành vật liệu carbon có giá trị cao như graphene / carbon rắn đồng thời thu được hydrogen sạch (còn gọi là turquoise hydrogen) được xem là một hướng tiềm năng để “tạo đầu ra kép” (co-product) và tăng tính kinh tế của quy trình.

Thay vì đốt CH₄ hoặc chuyển nó sang CO₂ và H₂ qua steam methane reforming (SMR) có phát thải, các công nghệ mới hướng đến tách CH₄ trực tiếp thành carbon rắn và H₂ — nếu tối ưu, có thể giảm phát thải carbon và tận dụng được tài sản carbon trong khí.

Tuy nhiên, tên gọi “graphene” rất đa nghĩa trong ngành: người ta có thể tạo ra nanoplatelets graphene, graphene oxide, màng monolayer CVD graphene, hay carbon graphitic/graphene-like powders. Chất lượng, ứng dụng và giá thành của mỗi loại rất khác nhau.

2. Các công nghệ và doanh nghiệp tiêu biểu — so sánh chi tiết

Dưới đây là bản so sánh giữa các công nghệ / công ty nổi bật đang theo đuổi hướng methane → carbon rắn + hydrogen:

Nhóm R&D / thiết bị cao cấp (ví dụ BeDimensional, các viện đại học, spin-off) cũng đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong sản xuất màng graphene chất lượng cao (monolayer / few-layer) dùng cho điện tử, cảm biến, vi điện tử. Họ thường dùng công nghệ plasma-CVD, floating-catalyst CVD, xúc tác nhiệt thấp, dusty plasma để lắng đọng graphene trực tiếp. Tuy nhiên, những công nghệ này ít liên quan đến quy trình methane → graphene lớn mà hơn là mở rộng khả năng sản xuất device-grade graphene.

3. Bảng giá tham khảo graphene (2024–2025) cho ba chủng loại

Dưới đây là khoảng giá tham khảo (theo nhà cung cấp / catalogue) cho ba loại graphene phổ biến: nanoplatelets, graphene oxide (GO) và màng monolayer CVD (on substrate) — tại thị trường EU / US / Nhật Bản. Lưu ý: giá rất biến động theo spec, kích cỡ lô, điều kiện giao hàng.

3.1 Graphene nanoplatelets (GNPs / bulk graphene powder dùng cho ứng dụng công nghiệp)

• Phạm vi tham khảo: ~ US$ 50 – US$ 150 / kg cho loại công nghiệp (bulk).

  • EU: các vendor châu Âu hoặc nhập khẩu thường có giá tương đương với đôi chút phí vận chuyển/thuế.

  • US: nhà phân phối nội địa có giá cạnh tranh (ví dụ CTI Materials).

  • Nhật Bản: do nhập khẩu & chi phí logistics, giá có thể cao hơn một chút so với US/EU; và lô nhỏ nghiên cứu có chi phí cao hơn nhiều.

  • Nguồn tham khảo: CTI Materials — danh mục graphene nanoplatelets. (ctimaterials.com)

3.2 Graphene oxide (GO) / Huyền phù GO

• Phạm vi tham khảo: US$ 50 (cho mẫu nhỏ) → US$ 400-700 / kg tùy loại & độ tinh khiết.

  • Ví dụ: Graphenea bán GO dispersion 0,4 wt% từ ~$55; loại 2 wt% có mức ~$550. (graphenea.com)

  • Các báo cáo thị trường cũng chỉ ra GO single-layer công nghiệp có thể đạt ~$400-$700/kg; GO giảm chế (reduced GO) thường giá thấp hơn.

  • Ở EU/US/JP, mức giá tương đương; ở Nhật có thể có thêm premium nhập khẩu hoặc phí nhà phân phối nội địa.

3.3 Màng monolayer graphene CVD (on substrate, dùng cho R&D / thiết bị)

• Giá tính theo diện tích / miếng, không theo kg — vì lớp rất mỏng.

• Giá mẫu từ Graphenea (Spain):

  • Monolayer trên substrate nhỏ: ~$60

  • On Cu: ~$210

  • Film đến ~$525 tùy độ xử lý / kích thước / chất lượng. (graphenea.com)

• Nếu đổi ra tương đương giá theo diện tích, có thể lên vài USD/cm² hoặc hơn tùy spec.

• Ở EU, Graphenea là nguồn nội địa; tại Mỹ và Nhật thường phải nhập hoặc mua từ nhà phân phối quốc tế, chi phí logistics / thuế có thể đẩy giá lên cao hơn so với list giá gốc.

4. Phân tích & nhận định

4.1 Ưu điểm chiến lược

• Tạo hai nguồn doanh thu: hydrogen sạch + vật liệu carbon có giá trị cao giúp cải thiện model kinh doanh so với nhà máy chỉ sản xuất H₂ hoặc chỉ sản xuất graphene.

• Tận dụng tài sản carbon có sẵn trong khí; không phải đốt, không phải chuyển qua CO₂ trung gian nếu quy trình hiệu quả.

• Thị trường graphene & vật liệu carbon đang tăng trưởng: nhiều ứng dụng trong composites, điện tử, mực dẫn điện, tản nhiệt, pin, cảm biến, vật liệu tản nhiệt.

4.2 Thách thức & rủi ro

• Chất lượng sản phẩm carbon: không phải carbon rắn nào cũng là graphene chất lượng cao; việc phân tách, xử lý, tinh chế để đạt spec ứng dụng cao (điện tử, cảm biến) có thể đắt đỏ.

• Chi phí đầu tư & mở rộng quy mô (CAPEX / OPEX): chuyển từ pilot sang thương mại lớn đòi vốn lớn, thiết bị phức tạp và bảo trì cao.

• Chi phí năng lượng & điện: đặc biệt với công nghệ plasma / microwave, chi phí điện năng có thể chiếm phần lớn OPEX, ảnh hưởng tính toán kinh tế.

• Chuỗi chứng nhận “hydrogen sạch / low-carbon”: nếu methane đầu vào là nguồn fossil, phải đảm bảo rò rỉ khí methane, tính toán life-cycle emissions; khách hàng H₂ tiên tiến đòi chứng nhận (ví dụ EU hydrogen taxonomy).

• Thiếu khách hàng offtake carbon: sản lượng carbon rắn lớn cần thị trường ổn định; nếu không tìm được khách mua đáng tin, tồn kho carbon sẽ gây áp lực.

• Cạnh tranh thị trường graphene: rất nhiều nhà sản xuất graphene powder / GO / film; niêm yết spec, giá & uy tín rất quan trọng.

5. Kết luận & hướng đi gợi ý

• Nếu bạn / tổ chức của bạn muốn đầu tư vào lĩnh vực methane → graphene + hydrogen, phải rõ mục tiêu sản phẩm graphene (powder bulk, nanoplatelets, film chất lượng cao) ngay từ đầu, vì công nghệ và thị trường khác nhau rất xa.

• Công nghệ plasma / microwave (như Levidian LOOP) rất hấp dẫn nếu chi phí điện năng hợp lý và thiết bị ổn định.

• Công nghệ pyrolysis / cracking (Monolith, Graphitic) có lợi thế thực tế — đã có nhà máy và khách hàng carbon/graphite. Nếu bạn muốn vào thị trường carbon công nghiệp (black, graphitic) thì đây là hướng khả thi hơn so với nhảy thẳng vào graphene film cao cấp.

• Khi thiết kế đầu tư, cần làm bài toán tài chính chi tiết (CAPEX, OPEX, giá methane, điện, chi phí xử lý carbon, chi phí bán graphene, hợp đồng H₂) để xác định điểm hòa vốn và biên lợi nhuận khả thi.

• Song song, nên làm mạng lưới offtake carbon / graphene (hợp tác với các nhà sản xuất composite, vật liệu điện tử, mực dẫn điện) để đảm bảo đầu ra cho sản phẩm carbon rắn.