Phát triển công nghệ Cracking Amoniac — Chìa khóa cho Chuỗi Cung Ứng Hydrogen Toàn Cầu
1. Bối cảnh & Ý nghĩa
Amoniac (NH₃) đang nổi lên như một lựa chọn hàng đầu cho việc vận chuyển hydrogen trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch toàn cầu. Báo cáo của Mizuho Bank cho rằng vận chuyển hydrogen dưới dạng amoniac có thể chiếm khoảng 80 % xuất khẩu hydrogen trong các dự án đã công bố đến năm 2040 theo kịch bản 1,5 °C. Lý do chính: amoniac có ưu thế về thể tích, dễ dàng vận chuyển, và có thể tận dụng hạ tầng hiện có như chuỗi xuất khẩu amoniac/phân bón.
Tuy nhiên, để khai thác tiềm năng này, quy trình cracking amoniac (chuyển NH₃ thành H₂ và N₂ tại điểm sử dụng) cần được phát triển với quy mô lớn. Nhật Bản và nhiều thị trường khác đang coi cracking amoniac là trung tâm của chuỗi hydrogen và đang đẩy mạnh các hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ.
2. Tổng quan công nghệ & các chỉ số chính
Báo cáo phân loại cracking amoniac thành hai mô hình chính:
-
Mô hình trung tâm (centralised): Amoniac được vận chuyển tới nhà máy lớn gần cảng hoặc terminal, sau đó hydrogen được phân phối tới các điểm sử dụng.
-
Mô hình tại điểm sử dụng (decentralised): Amoniac được vận chuyển tới ngay nơi sử dụng và cracking được thực hiện tại chỗ.
Phân tích chi phí cho thấy, với lưu lượng xuất khẩu 1 triệu tấn H₂/năm và khoảng cách 10.000 km, việc sử dụng amoniac làm carrier cung cấp chi phí vận chuyển và tổng vốn đầu tư thấp hơn đáng kể so với LOHC hoặc hydrogen lỏng (LH₂). Ví dụ, vốn đầu tư cho toàn bộ chuỗi giá trị amoniac trong kịch bản thuận lợi chỉ khoảng 0,6–0,8 tỷ USD, trong khi LH₂ cần hơn 1,2 tỷ USD.
Các khoản chi phí lớn vẫn là sản xuất amoniac/hydrogen (E-conversion) và thiết bị cracking tại điểm nhập khẩu (I-conversion). Ưu thế của amoniac nằm ở việc tận dụng hạ tầng sẵn có — bù đắp cho chi phí của bước cracking bổ sung.
3. Hệ quả chiến lược cho Nhật Bản và các quốc gia xuất khẩu
Nhật Bản có thể tận dụng thế mạnh trong sản xuất, EPC và cung ứng linh kiện để gia tăng giá trị trong chuỗi xuất khẩu hydrogen dựa trên amoniac. Trong khi hầu hết công nghệ cracking nhiệt hóa học hiện nay phát triển tại châu Âu và Mỹ, các công ty Nhật đang tăng cường nghiên cứu và phát triển từ năm 2023, được hỗ trợ bởi các cơ quan như NEDO.
Đối với các quốc gia có tài nguyên tái tạo phong phú và tiềm năng xuất khẩu, như Australia, Trung Đông và Đông Nam Á, xuất khẩu amoniac xanh là lộ trình khả thi gần‑hạn hơn so với đường ống hydrogen hoặc vận chuyển hydrogen lỏng. Hạ tầng sẵn có và rủi ro thấp hơn giúp các dự án này dễ đầu tư hơn.
4. Thách thức & khoảng trống công nghệ
Mặc dù có ưu thế, nhiều thách thức vẫn tồn tại:
-
Chi phí cracking & hiệu suất: Chất xúc tác và quy trình hiện tại tiêu tốn nhiều năng lượng và hiệu suất hydrogen trung bình.
-
Khả năng vận hành và mở rộng: Các nhà máy cracking lớn vẫn hiếm, dữ liệu vận hành dài hạn còn hạn chế.
-
Rủi ro chuỗi cung ứng: Hoạt động xuất khẩu amoniac đã trưởng thành, nhưng chuỗi downstream từ cracking đến phân phối hydrogen còn non trẻ.
-
Khung pháp lý, an toàn và chứng nhận: Xử lý amoniac và hydrogen yêu cầu chuẩn an toàn nghiêm ngặt và chứng nhận cho “hydrogen xanh” hoặc “thấp-carbon”.
5. Triển vọng & dự báo thị trường
Mizuho dự báo nhu cầu amoniac làm carrier hydrogen có thể đạt 127 triệu tấn vào năm 2050, chiếm 18 % tổng nhu cầu amoniac và 36 % nhu cầu mới, chủ yếu phục vụ hydrogen, vận tải và điện. Giai đoạn 2030–2040 được đánh giá là then chốt cho việc giảm chi phí, xây dựng hạ tầng và đồng bộ chính sách. Sự trưởng thành của công nghệ cracking amoniac cùng triển khai chuỗi cung ứng toàn cầu sẽ quyết định tính cạnh tranh của hydrogen vận chuyển.
6. Những bài học quan trọng cho các bên liên quan
-
Các quốc gia xuất khẩu nên ưu tiên sản xuất amoniac từ năng lượng tái tạo (amoniac xanh) và đầu tư đồng bộ vào trung tâm cracking tại nước nhập khẩu.
-
Nhà phát triển công nghệ cần tập trung vào hệ thống cracking hiệu quả, có thể mở rộng, với suất hydrogen cao và tổn thất năng lượng thấp.
-
Nhà đầu tư nên xem amoniac-based hydrogen carrier như một lựa chọn rủi ro thấp và khả thi hơn LH₂ hoặc đường ống, nhưng vẫn cần quản trị rủi ro thực thi.
-
Nhà hoạch định chính sách cần đồng bộ hỗ trợ, khung chứng nhận và hạ tầng (cảng, lưu trữ, vận tải) để giảm rủi ro và tạo điều kiện mở rộng carrier.
-
Phối hợp chuỗi từ năng lượng tái tạo → điện phân → amoniac → vận tải → cracking → phân phối hydrogen là then chốt.
7. Liên quan đến ASEAN & Đông Nam Á
Đối với các nước Đông Nam Á có tiềm năng năng lượng tái tạo, xuất khẩu amoniac có thể là bước đệm để xây dựng nền kinh tế hydrogen. Phát triển hành lang xuất khẩu (ví dụ sang Nhật, Hàn, châu Âu) dựa trên amoniac sẽ giúp cung cấp hydrogen cạnh tranh trước khi các mạng lưới đường ống hoặc tàu LH₂ triển khai quy mô. Doanh nghiệp ASEAN có thể tận dụng lợi thế bằng cách tích hợp sản xuất năng lượng tái tạo, amoniac và logistics vận tải.
Kết luận
Báo cáo của Mizuho Bank khẳng định rằng amoniac cracking sẽ là một trong những yếu tố chiến lược của chuỗi cung ứng hydrogen toàn cầu. Nhờ khả năng vận chuyển lâu dài, hạ tầng sẵn có và chi phí tương đối thấp, amoniac đóng vai trò cầu nối giữa nguồn năng lượng tái tạo và tiêu thụ hydrogen. Tuy nhiên, để hiện thực hóa lộ trình này, công nghệ cracking cần được nâng cao, chuỗi cung ứng phải đồng bộ, và chính sách phải hỗ trợ mạnh mẽ. Đối với các quốc gia xuất khẩu, đặc biệt là Đông Nam Á, amoniac-based hydrogen carrier mang lại tiềm năng lớn nhưng cũng đòi hỏi quản trị rủi ro chặt chẽ.
Nguồn: Mizuho Bank, Phát triển công nghệ Cracking Amoniac (Short Industry Focus Vol. 229, July 2024).
