Những công nghệ nào triển vọng nhất cho hydro carbon thấp?
Bởi Andrea Willige
14/01/2026
What-are-the-most-promising-technologies-for-low-carbon-hydrogen?.jpeg
Mục lục
Điện phân kiềm
Điện phân màng trao đổi proton (PEM)
Điện phân oxit rắn (SOEC)
Phân tách nước quang xúc tác
Nhiệt phân metan
Hydro sinh học
Hydro tự nhiên
Một bước ngoặt cho ngành công nghiệp hydro?
Trong khi động lực cho hydro carbon thấp đã giảm sút khi các quốc gia ưu tiên an ninh năng lượng hơn tính bền vững, Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã ước tính tổng giá trị các dự án trong lĩnh vực này đến năm 2025 vào khoảng 8 tỷ đô la, gần gấp đôi so với năm 2024.
Các nhà phân tích của PV Tech Research dự báo mức tăng trưởng hàng năm 200% cho hydro xanh chỉ riêng ở châu Âu, với hơn 60 dự án hiện đang được xây dựng. Những thông báo như thỏa thuận bảy năm của Microsoft về việc sử dụng thép từ hydro xanh cho các trung tâm dữ liệu cho thấy tiềm năng gia tăng nhu cầu từ các ngành công nghiệp khó giảm thiểu khí thải. Đồng thời, các thị trường như EU đang tăng cường các khung chính sách [liên kết đến bài báo của Joao cho PEI, khi được xuất bản] và công nghệ đang tiến bộ.
Với nhiều phương pháp sản xuất bền vững vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm hoặc trình diễn, đâu là những phương pháp triển vọng nhất đáng chú ý?
Infographic
Điện phân kiềm
Phương pháp cải tạo metan bằng hơi nước – hay hydro xám – vẫn là phương pháp sản xuất được sử dụng rộng rãi nhất, chiếm 68% sản lượng toàn cầu và phát thải tới 12kg CO2 trên mỗi kg hydro được sản xuất. Điện phân nước, được coi là “xanh” nếu sử dụng năng lượng tái tạo, chỉ chiếm 5%.
Trong số đó, điện phân kiềm là phương pháp được thiết lập và sử dụng phổ biến nhất. Nó bao gồm hai điện cực – một cực dương và một cực âm – với một màng ngăn xốp (màng chắn) ở giữa. Dung dịch kiềm bao quanh chúng. Khi có dòng điện chạy qua, các phân tử nước sẽ tách ra ở cực âm mang điện tích âm, giải phóng hydro. Đây là kỹ thuật nhiệt độ thấp, thường hoạt động ở nhiệt độ 50-80°C. Mặc dù chi phí thấp, nhưng nó lại kém chịu được sự dao động điện áp khi sử dụng năng lượng tái tạo.
Máy điện phân kiềm đang được kiểm định tại Khu Công viên Hydro Takasago của MHI
Điện phân màng trao đổi proton (PEM)
Điện phân màng trao đổi proton (PEM) sử dụng phương pháp công nghệ tương tự, ở nhiệt độ thấp, nhưng sử dụng màng polymer thay vì màng ngăn. Điều này giúp cải thiện độ dẫn điện và khả năng giữ khí, làm cho chúng hiệu quả hơn so với máy điện phân kiềm. Máy điện phân PEM ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động điện áp hơn so với phương pháp kiềm, nhưng hiện tại vẫn phụ thuộc vào bạch kim và iridi, một số nguyên tố hiếm nhất trên thế giới.
Pin điện phân oxit rắn là một phương pháp hiệu quả cao để sản xuất hydro xanh
Pin điện phân oxit rắn (SOEC)
Gần đây, pin điện phân oxit rắn (SOEC) đang thu hút sự chú ý ngày càng tăng. Nó áp dụng cùng một quy trình điện phân nhưng yêu cầu nhiệt độ cao hơn nhiều, từ 600°C đến 1.000°C, với các tế bào gốm đóng vai trò là chất phân tách. Nhờ đó, SOEC có thể đạt hiệu suất lên đến 85%, và Mitsubishi Heavy Industries (MHI) đang đặt mục tiêu 90% cho các đơn vị SOEC của riêng mình, cao hơn đáng kể so với các phương pháp kiềm và PEM. SOEC bắt nguồn từ pin nhiên liệu oxit rắn, một công nghệ đã trưởng thành, yêu cầu rất ít kim loại quý hiếm.
SOEC
Phân tách nước bằng quang xúc tác
Như tên gọi, phân tách nước bằng quang xúc tác sử dụng ánh sáng để cung cấp năng lượng cho quá trình điện phân nước với các hạt nano gọi là spinel ferrite đóng vai trò là chất xúc tác trong quá trình này. Vì chúng có từ tính, chúng có thể dễ dàng được thu hồi và tái sử dụng. Quá trình này sử dụng các nguyên liệu dồi dào, chẳng hạn như sắt, có thể dẫn đến tiết kiệm chi phí đáng kể khi công nghệ chuyển từ nghiên cứu học thuật sang ứng dụng thực tế.
Phân hủy nhiệt metan
MHI cũng đang phát triển quá trình phân hủy nhiệt metan để tạo ra “hydro màu ngọc lam” bằng cách tách khí tự nhiên thành carbon rắn và hydro. MHI đang nỗ lực nâng cao hiệu quả sản xuất hydro của quá trình này. Muội than đồng sản xuất có thể được sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp.
MHI đã tiến hành các thử nghiệm phân hủy nhiệt metan liên tục bằng thiết bị tầng sôi áp suất cao
Hydro sinh học
Bên cạnh nhiều quy trình hóa học, các nhà nghiên cứu cũng đang tìm kiếm giải pháp từ sinh học — sử dụng vi sinh vật sống trong các mỏ dầu đã cạn kiệt để chuyển đổi dầu còn sót lại thành hydro. Một thử nghiệm thực địa gần đây ở California đã sản xuất thành công hydro bằng quy trình này.
Hydro tự nhiên
Các phương pháp tổng hợp đã chiếm ưu thế trong sản xuất hydro cho đến nay, nhưng cũng có một nguồn tài nguyên đáng kể hydro tự nhiên – hay hydro trắng – trong vỏ Trái đất. Một giếng khoan ở Mali đã sản xuất hydro tự nhiên từ năm 2012, và trữ lượng đáng kể đã được phát hiện ở những nơi khác kể từ đó.
