Kim loại quý trong máy điện phân hydro: Bài toán công nghệ và chi phí của nền kinh tế hydro
Theo: Stephen B. Harrison
Giám đốc điều hành sbh4 GmbH
Ngày: 23 tháng 2 năm 2026
Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng toàn cầu, hydro xanh đang nổi lên như một trụ cột quan trọng của chiến lược khử carbon trong các ngành công nghiệp nặng. Tuy nhiên, phía sau sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện phân nước là một vấn đề then chốt: vai trò không thể thay thế của kim loại quý.
Theo báo cáo trình bày bởi ông Stephen B. Harrison, Giám đốc điều hành sbh4 GmbH (Đức), hai công nghệ điện phân chủ đạo hiện nay là Alkaline và PEM (Proton Exchange Membrane). Trong đó, PEM được xem là công nghệ tối ưu cho vận hành linh hoạt và gián đoạn, đặc biệt khi kết hợp với nguồn điện tái tạo.
Vai trò của platinum và iridium
Trong hệ thống điện phân PEM, kim loại quý đóng vai trò xúc tác cho phản ứng tách nước:
-
Platinum xúc tác phản ứng tạo hydro.
-
Iridium xúc tác phản ứng tạo oxy tại cực dương.
Ngoài ra, các tấm lưỡng cực (Bipolar Plates – BPPs) thường được phủ vàng hoặc platinum nhằm tăng khả năng chống ăn mòn. Một lớp tái kết hợp xúc tác dựa trên platinum cũng được sử dụng để giảm nguy cơ hình thành hỗn hợp khí nổ.
Không chỉ điện phân, pin nhiên liệu PEM cũng sử dụng platinum và iridium để xúc tác phản ứng tạo điện, tuy nhiên môi trường vận hành “ôn hòa” hơn nên yêu cầu chống ăn mòn thấp hơn.
Bài toán chi phí dài hạn
Báo cáo nhấn mạnh rằng trong vòng đời 20 năm, chi phí điện năng chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng chi phí hydro điện phân. Điều này dẫn đến hai chiến lược:
-
Chọn alkaline tiên tiến để đạt hiệu suất cao.
-
Hoặc chọn PEM để vận hành linh hoạt theo nguồn điện giá rẻ ngoài giờ cao điểm.
Tuy nhiên, sản xuất gián đoạn đòi hỏi hệ thống lưu trữ hydro quy mô lớn, chẳng hạn như khoang đá ngầm (rock caverns), làm tăng chi phí đầu tư ban đầu.
Xu hướng giảm phụ thuộc kim loại quý
Do giá iridium và platinum cao và nguồn cung hạn chế, nhiều doanh nghiệp đang phát triển giải pháp thay thế:
-
California Catalysts (trước đây là H2U Technologies) phát triển xúc tác không chứa iridium.
-
Spark Nano giảm tải lượng iridium bằng công nghệ phủ sALD.
-
Smoltek sử dụng sợi nano carbon phủ iridium nhằm tối ưu hiệu suất và giảm lượng kim loại quý.
Ngoài ra, thép không gỉ phủ carbon có thể trở thành giải pháp thay thế chi phí thấp cho BPP so với titanium phủ vàng hoặc platinum.
Kết luận
Kim loại quý hiện vẫn là thành phần cốt lõi của công nghệ điện phân PEM. Tuy nhiên, đổi mới vật liệu và tối ưu hóa thiết kế đang mở ra khả năng giảm chi phí đáng kể trong thập kỷ tới. Sự cân bằng giữa hiệu suất, độ bền và chi phí sẽ quyết định tốc độ phát triển của nền kinh tế hydro toàn cầu.
