HYDROGEN XANH CHỈ ĐẠT NGANG BẰNG CHI PHÍ KHI CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN PHÂN ĐƯỢC THIẾT KẾ ĐỂ VẬN HÀNH VỚI ĐIỆN TÁI TẠO GIÁ RẺ, GIÁN ĐOẠN – BÁO CÁO TỪ H2PRO

HYDROGEN XANH CHỈ ĐẠT NGANG BẰNG CHI PHÍ KHI CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN PHÂN ĐƯỢC THIẾT KẾ ĐỂ VẬN HÀNH VỚI ĐIỆN TÁI TẠO GIÁ RẺ, GIÁN ĐOẠN – BÁO CÁO TỪ H2PRO

*Ngày đăng: 03/05/2026*
Annie Nguyễn

Công ty công nghệ H2Pro (Israel) vừa công bố sách trắng (White Paper) vào tháng 4/2026 với luận điểm trung tâm: rào cản lớn nhất để hydrogen xanh đạt được ngang bằng chi phí với hydrogen xám không còn là giá điện tái tạo đắt đỏ, mà là khả năng của các thiết bị điện phân trong việc khai thác nguồn điện tái tạo giá rẻ nhưng mang tính gián đoạn vốn có.

Nghịch lý chi phí của hydrogen xanh

Điện tái tạo từ mặt trời và gió hiện đã trở thành nguồn điện rẻ nhất trên quy mô lớn. Theo IRENA, chi phí điện mặt trời giảm khoảng 90% trong giai đoạn 2010-2024, điện gió trên bờ giảm khoảng 70%. Ở các thị trường có nguồn tài nguyên tốt, giá điện từ các dự án năng lượng mặt trời quy mô tiện ích đã xuống dưới 25 euro/MWh, thậm chí có kỷ lục đấu thầu chỉ 11 euro/MWh tại Nam Âu.

Điện năng chiếm 60-80% tổng chi phí sản xuất hydrogen xanh. Vậy tại sao chi phí hydrogen xanh vẫn còn cao? Bởi vì nguồn điện rẻ nhất thường có tính gián đoạn (intermittent) – không ổn định, thay đổi theo thời tiết và chu kỳ ngày đêm. Các thiết bị điện phân kiểu cũ (alkaline và PEM) được thiết kế cho vận hành nền tải ổn định (baseload), không thể tận dụng hiệu quả nguồn điện biến động này.

Hạn chế của thiết bị điện phân truyền thống

Sách trắng của H2Pro phân tích hai nhóm vấn đề chính dựa trên hơn 130 công bố khoa học:

1. Vận hành dưới tải biến động (variable load):

• Alkaline (AWE): Dòng điện rò (shunt current) tăng mạnh khi tải thấp – ở mức 30% tải, dòng rò có thể chiếm tới 75,4% tổng dòng điện, làm giảm hiệu suất đáng kể. Đồng thời, hiện tượng lẫn khí (gas crossover) tăng lên, gây mất an toàn.

• PEM: Có thể đáp ứng tải nhanh, nhưng chịu sự phân hủy xúc tác (iridium, platinum) và màng polymer dưới tải biến động, làm rút ngắn tuổi thọ hệ thống.

2. Vận hành dưới chu kỳ bật/tắt liên tục (on/off cycling):

• Alkaline: Khi ngắt điện, dòng điện ngược (reverse current) chạy qua stack, gây ăn mòn điện cực. Nghiên cứu cho thấy điện cực niken có thể mất tới 1% khối lượng (tương ứng 0,95μm bề mặt) sau 120 chu kỳ ngắt kéo dài ở nhiệt độ cao.

• PEM: Trong thời gian ngắt, sự xuyên qua màng của khí H₂ và O₂ tạo ra peroxide và gốc tự do, tấn công màng polymer. Màng dày 200µm mất 11% độ dày sau 1 năm vận hành liên tục, nhưng mất hơn 50% sau 1 năm vận hành gián đoạn (với 4380 chu kỳ bật/tắt). Xúc tác iridium oxide cũng bị khử thành iridium kim loại, dẫn đến suy giảm hiệu suất – sau 90 ngày mô phỏng điện mặt trời và gió, sản lượng hydrogen giảm 12-13%.

Kết luận: Cả hai công nghệ đều không thể trực tiếp sử dụng nguồn điện tái tạo gián đoạn mà không ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất, an toàn và tuổi thọ.

Giải pháp Điện phân nước tách bước (DWE) của H2Pro

H2Pro đề xuất kiến trúc Điện phân nước tách bước (Decoupled Water Electrolysis – DWE) – một cách tiếp cận khác biệt hoàn toàn:

Nguyên lý: Thay vì sinh H₂ và O₂ đồng thời trong cùng một ngăn, DWE tách hai phản ứng thành hai giai đoạn riêng biệt. Một điện cực đa chức năng (BFE) luân phiên sinh H₂ (giai đoạn 1) và sinh O₂ (giai đoạn 2) nhờ đảo chiều dòng điện. Một điện cực tích điện (ChE) dựa trên cặp Ni(OH)₂/NiOOH đóng vai trò trung gian lưu trữ ion OH⁻. Do mỗi thời điểm chỉ sinh ra một loại khí, hệ thống không cần màng ngăn – loại bỏ hoàn toàn vấn đề lẫn khí và suy thoái màng dưới chu kỳ bật/tắt.

Ưu điểm vượt trội:

• Không có dòng rò shunt nhờ kiến trúc cell-pack với tấm lưỡng cực (BPP) cách điện và các ống xoắn ốc (PSP) giữa các cell-pack.

• Hiệu suất cao ngay cả ở tải thấp (có thể vận hành xuống 10% tải danh định).

• Chịu được hơn 10.000 chu kỳ DWE (tương đương >1 năm vận hành năng lượng mặt trời) mà không suy giảm hiệu suất đáng kể, tiêu thụ năng lượng khoảng 50 kWh/kg H₂.

• Trong thử nghiệm tăng tốc, điện cực chịu được hơn 50.000 chu kỳ bật/tắt (bao gồm dòng thuận và ngược), tương đương ít nhất 10 năm vận hành năng lượng mặt trời.

Hiện tại, công nghệ DWE của H2Pro đang ở cấp độ sẵn sàng công nghệ TRL 7, với hệ thống trình diễn thực địa đang được xây dựng. Một hệ thống trình diễn ngoài lưới (off-grid) quy mô multi-megawatt kết nối trực tiếp với pin mặt trời dự kiến sẽ đi vào vận hành trong các tháng tới.

Kết luận

Báo cáo nhấn mạnh: Để hydrogen xanh đạt được ngang bằng chi phí với hydrogen từ nhiên liệu hóa thạch, cần có sự thay đổi nền tảng trong thiết kế thiết bị điện phân – hướng tới các hệ thống được thiết kế ngay từ đầu để vận hành với nguồn điện tái tạo gián đoạn, chứ không chỉ thích ứng một cách miễn cưỡng. Công nghệ DWE của H2Pro được định vị là giải pháp bản địa - tái tạo (renewable-native), mở ra khả năng sản xuất hydrogen xanh với chi phí cạnh tranh, góp phần vào an ninh năng lượng và hệ thống năng lượng tự cường.