Điện phân nước PEM áp suất cao: Cân bằng giữa hiệu suất và chi phí
Ngày 16 tháng 8 năm 2026 | Annie Nguyễn
Trong lĩnh vực điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton (PEM) áp suất cao, câu hỏi đặt ra là liệu áp suất cao hơn có luôn tốt hơn? Theo bài đăng của Tiến sĩ Ashraf Abdel Haleem, chuyên gia hydro xanh tại Nhật Bản, mức áp suất 30 bar đã trở thành một thông số vận hành thực tế cho nhiều máy điện phân PEM thương mại, mang lại sự cân bằng tuyệt vời giữa hiệu suất, an toàn và chi phí.
Các ứng dụng khác nhau đòi hỏi áp suất hydro đầu ra khác nhau. Cụ thể, áp suất từ 5 đến 30 bar phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp tại chỗ như sản xuất thép, hóa chất và phòng thí nghiệm. Áp suất từ 30 đến 100 bar được sử dụng cho nhiên liệu tổng hợp (e-fuels), nhà máy lọc dầu và bơm vào đường ống dẫn hydro. Trong khi đó, áp suất 350 đến 700 bar cần thiết cho các trạm tiếp nhiên liệu hydro và xe pin nhiên liệu.
Một trong những cơ hội lớn nhất cho hydro xanh nằm ở sản xuất phi tập trung, tại chỗ. Sản xuất hydro ở áp suất vừa phải khoảng 30 bar có thể cung cấp trực tiếp cho các ngành công nghiệp địa phương, giảm thiểu nhu cầu nén áp suất cực cao, hóa lỏng và vận chuyển đường dài. Cách tiếp cận này có tiềm năng giảm tiêu thụ năng lượng, chi phí cơ sở hạ tầng và độ phức tạp tổng thể của chuỗi giá trị hydro.
Mặc dù tăng áp suất mang lại lợi thế rõ ràng ở cấp độ hệ thống, nó cũng làm gia tăng các thách thức khoa học và kỹ thuật quan trọng, bao gồm hiện tượng rò rỉ hydro xuyên màng, tính toàn vẹn cơ học của màng, quản lý dòng chảy hai pha (nước và khí), độ tin cậy của bịt kín và độ bền lâu dài. Được hỗ trợ bởi Tổ chức Phát triển Năng lượng và Công nghệ Công nghiệp Mới Nhật Bản (NEDO), nhóm nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Yokohama, phối hợp với JFE Technology Research Corporation, MicLab Company và Santech Corporation, đã thiết lập một nền tảng nghiên cứu điện phân PEM áp suất cao 30 bar.
Các cuộc thảo luận trong bài đăng cũng đề cập đến một yếu tố thường bị bỏ qua: sự thay đổi áp suất khí quyển trong các đợt nắng nóng, ảnh hưởng đến hiệu suất nén hydro, ứng suất màng, hiệu quả làm mát và độ ổn định của hệ thống. Một số chuyên gia cho rằng các mô hình kỹ thuật cần tích hợp các yếu tố môi trường này để thiết kế hệ thống hydro bền vững hơn.
Kết luận, việc lựa chọn áp suất vận hành cho máy điện phân PEM phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể. Hệ thống áp suất vừa phải (khoảng 30 bar) được xem là giải pháp tối ưu cho sản xuất hydro phân tán, trong khi các thách thức về vật liệu và kỹ thuật cần được giải quyết để thương mại hóa công nghệ áp suất cực cao cho các ứng dụng vận tải.
