【Phân Tích SMM】Đất hiếm & Magiê - Công nghệ Lưu trữ Hydro dạng Rắn trong Các Tình huống Khác nhau: Phân tích Sâu về Đường dẫn Ứng dụng và Thực tiễn Doanh nghiệp Trong nước

Giới thiệu Công nghệ lưu trữ hydro rắn là một trong những hướng cốt lõi để vượt qua nút thắt về lưu trữ và vận chuyển hydro. Vật liệu dựa trên đất hiếm (như hợp kim lưu trữ hydro loại AB₅) và vật liệu dựa trên magiê (như MgH₂) tạo thành sự bổ sung cho nhau về mật độ công suất, chi phí và an toàn do sự khác biệt về tính chất vật liệu. Tháng 4 năm 2025, các đột phá về công nghiệp hóa hai loại vật liệu này trong lĩnh vực năng lượng hydro diễn ra liên tục: Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc thông báo rằng mật độ lưu trữ hydro ở áp suất bình thường của bể lưu trữ hydro đất hiếm đạt 7,2wt%, và ThyssenKrupp của Đức phát hành hệ thống lưu trữ hydro dựa trên magiê có chu kỳ sống vượt quá 500 lần. Bài viết này, kết hợp với động thái ngành trong tuần, tổng hợp hệ thống các đường lối kỹ thuật, khả năng thích ứng với tình huống và thực tiễn công nghiệp hóa của hai loại vật liệu, đồng thời thảo luận về con đường phát triển phối hợp của chúng. I. Lưu trữ Hydro Rắn Dựa Trên Đất Hiếm: "Công nghệ nền tảng" cho các tình huống mật độ công suất cao 1. Đặc điểm kỹ thuật và đột phá cốt lõi Vật liệu lưu trữ hydro dựa trên đất hiếm, đại diện bởi LaNi₅ và MmNi₅ (hợp kim nickel-đất hiếm hỗn hợp), đạt được lưu trữ hydro thông qua phản ứng hydride kim loại. Ưu điểm kỹ thuật bao gồm: Mật độ lưu trữ hydro theo thể tích cao: Ở áp suất bình thường, có thể đạt 30-35kg/m³ (gấp hơn hai lần so với lưu trữ hydro lỏng), phù hợp cho các tình huống hạn chế không gian như xe chở khách và máy bay không người lái. Độ ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng: Phạm vi nhiệt độ hoạt động -30℃~100℃, với hiệu suất khởi động lạnh xuất sắc (hoàn thành hấp thụ hydro trong vòng 5 phút). Chu kỳ sống: Mức phòng thí nghiệm vượt quá 10.000 chu kỳ (được xác minh bởi xe tải nặng chạy bằng hydro của Toyota). Tiến bộ chính tháng 4 năm 2025: Hợp kim mới CeCo₀.8Ni₀.2 của USTC: Với hệ hợp chất, mật độ lưu trữ hydro ở áp suất 1MPa đạt 7,2wt%, với chu kỳ sống vượt quá 12.000 lần, dự kiến sử dụng trong dự án thử nghiệm xe buýt hydro tại Thượng Hải Lingang. Dây chuyền sản xuất hàng loạt giá rẻ của China Northern Rare Earth: Dây chuyền sản xuất 50.000 bộ bể lưu trữ hydro đất hiếm mỗi năm được khai trương tại Bao Tou, Nội Mông, sử dụng hợp kim dựa trên Pr-Nd (nội dung lanthan và cerium >60%), giảm 40% chi phí mỗi bể so với sản phẩm nhập khẩu. Hợp kim composite đất hiếm-vanadi của GRINM Group: Phát triển hợp kim mới (V₀.3Ce₀.7), với mật độ lưu trữ hydro 35kg/m³ dưới áp suất 5MPa, phù hợp cho hệ thống đẩy tàu thủy chạy bằng hydro. 2. Tình huống ứng dụng cốt lõi và thực tiễn trong nước (1) Cung cấp hydro động cho xe chạy bằng pin nhiên liệu Khả năng kỹ thuật: Bể lưu trữ hydro đất hiếm có thể đáp ứng yêu cầu khởi động và dừng tần suất cao của xe chạy bằng pin nhiên liệu. Ví dụ, xe tải nặng chạy bằng hydro "HydrogenTeng 3.0" của Trung Quốc trang bị mô-đun lưu trữ hydro đất hiếm đạt quãng đường 800km trên tuyến vận chuyển than Ordos, với tiêu thụ hydro mỗi 100km giảm 12% so với hệ thống hydro thuần túy. Trường hợp mới nhất: Shanghai Jieqing Technology và China Northern Rare Earth hợp tác tích hợp bể lưu trữ hydro đất hiếm vào hệ thống lưu trữ trạm nạp hydro, tương thích với trạm nạp hydro 35MPa, mục tiêu hơn 90% nội địa hóa vào năm 2026. (2) Điều tiết đỉnh công suất phát điện phân tán Giải pháp tích hợp hệ thống: Bể lưu trữ hydro đất hiếm tích hợp với pin nhiên liệu đạt chuyển đổi "hydro-điện" hai chiều. Hyzon Motors của Đức ra mắt hệ thống phát điện phân tán 50kW, có thể cung cấp điện ổn định trong thời gian tải lưới cao, với hiệu suất chu kỳ 45%. Ứng dụng trong nước: Weishi Energy giới thiệu hệ thống phát điện phân tán lưu trữ hydro đất hiếm-pin nhiên liệu, phù hợp cho tình huống nguồn điện dự phòng trung tâm dữ liệu, với thời gian phản hồi rút ngắn xuống 10 giây. (3) Nguồn điện khẩn cấp và thiết bị cao cấp Giải pháp Toshiba: Bể lưu trữ hydro đất hiếm kết hợp với pin nhiên liệu 5kW tạo thành nguồn điện dự phòng, đã được triển khai tại trung tâm dữ liệu Tokyo. Đột phá trong nước: Zihuan Environmental phát triển công nghệ tái chế xúc tác đất hiếm, đạt tỷ lệ tái chế lanthan và cerium >95% thông qua thủy luyện, với chi phí thấp 60% so với đất hiếm nguyên sinh. II. Lưu trữ Hydro Rắn Dựa Trên Magiê: "Người phá vỡ" cho lưu trữ năng lượng dài hạn giá rẻ 1. Đặc điểm kỹ thuật và đột phá trong nước Vật liệu lưu trữ hydro dựa trên magiê (như MgH₂) lưu trữ hydro thông qua phản ứng đảo ngược của magiê và hydro, với mật độ lưu trữ hydro lý thuyết 7,6wt%, nhưng động học chậm (cần kích hoạt ở nhiệt độ cao). Các đột phá công nghệ năm 2025 tập trung vào: Sửa đổi cấu trúc nano: Qua quá trình nghiền bi, hạt magiê được tinh chế xuống dưới 50nm, giảm nhiệt độ hấp thụ hydro từ 300℃ xuống 150℃ và tăng tốc độ hấp thụ hydro gấp ba. Tối ưu hóa xúc tác: Xúc tác Ti/Fe song kim của ThyssenKrupp tăng chu kỳ sống của MgH₂ từ 300 lên 500 chu kỳ. Tiến bộ chính tháng 4 năm 2025: Dự án Hydro xanh Trung Đông của China Energy Engineering: Sử dụng bể lưu trữ hydro dựa trên magiê để lưu trữ điện gió và mặt trời dao động, với thời gian lưu trữ hydro 72 giờ, và chi phí hệ thống thấp 40% so với lưu trữ hydro lỏng. Dây chuyền sản xuất 200MWh/năm của Yunhai Metal: Dây chuyền sản xuất bể lưu trữ hydro dựa trên magiê được thành lập tại Chizhou, An Huy, sử dụng quy trình nghiền bi-nung kết hợp, với tỷ lệ sản xuất tăng lên 75%, áp dụng cho dự án tích hợp quang điện-hydro ở Thanh Hải. Giải pháp lưu trữ và vận chuyển xuyên biên giới của Shanghai Magnesium Power: Hợp tác với Mitsui, thử nghiệm "cải cách hơi metan để lưu trữ hydro-magiê" ở Dubai, với dung lượng bể lưu trữ hydro dựa trên magiê 10MWh, nhỏ hơn 60% so với bể chứa hydro lỏng. 2. Tình huống ứng dụng cốt lõi và thực tiễn trong nước (1) Lưu trữ năng lượng dài hạn cấp công nghiệp Dự án Thành phố Mới NEOM: China Energy Engineering cung cấp hệ thống lưu trữ hydro dựa trên magiê 50MWh, làm mịn sự gián đoạn của điện gió và mặt trời, với chi phí vòng đời thấp 40% so với lưu trữ hydro lỏng. Hợp chất lưu trữ hydro Mg₂NiH₄/CeO₂ của CATL: Phát triển vật liệu hợp chất, giảm nhiệt độ hấp thụ hydro xuống 150℃, phù hợp cho xe tải nặng trên tuyến vận chuyển than Ordos, với quãng đường tăng lên 1.000km. (2) Cung cấp hydro cho đảo và khu vực không có lưới điện Dự án Kagoshima, Nhật Bản: Toray triển khai hệ thống điện phân 5MW + 20MWh lưu trữ hydro dựa trên magiê, cung cấp điện cho cộng đồng không có lưới, với chi phí vòng đời thấp 25% so với phát điện diesel. Tình huống phù hợp trong nước: Yunhai Metal cung cấp hệ thống dựa trên magiê cho dự án quang điện-hydro ở Thanh Hải, lưu trữ 48 giờ điện dao động, với chi phí thấp 50% so với hydro lỏng. (3) Giao dịch hydro xuyên biên giới Dự án thí điểm LNG sang Hydro giữa Trung Đông và Đông Á: Shanghai Magnesium Power và Mitsui hợp tác vận chuyển hydro dạng rắn bằng đường biển đến Đông Á, tránh chi phí cao và rủi ro an toàn của lưu trữ và vận chuyển dạng lỏng. III. So sánh các đường lối kỹ thuật và chiến lược phát triển phối hợp 1. So sánh các tham số hiệu suất 2. Tình huống ứng dụng phối hợp và thực tiễn trong nước (1) Hệ thống lưu trữ hydro lai Tình huống trạm nạp hydro: Trạm nạp hydro Anting ở Thượng Hải sử dụng bể lưu trữ hydro đất hiếm để xử lý việc nạp xe thường xuyên, trong khi bể lưu trữ hydro dựa trên magiê lưu trữ hydro xanh giá rẻ, giảm 20% chi phí hệ thống. Tình huống microgrid: Vật liệu đất hiếm đáp ứng nhu cầu công suất cao tức thì (như dao động điện quang điện), trong khi vật liệu magiê lưu trữ hydro sản xuất từ điện giá rẻ ban đêm. (2) Công nghệ cải tiến vật liệu Phát triển hợp kim đất hiếm-magiê: Như vật liệu hợp chất Mg₂NiH₄, với mật độ lưu trữ hydro 3,5wt%, và nhiệt độ hấp thụ hydro giảm xuống 100℃, hiện đang trong giai đoạn thí điểm. Quá trình phủ nano: Phủ hạt magiê bằng oxit đất hiếm (như CeO₂) ức chế sự phân hủy hydride, tăng chu kỳ sống lên 800 chu kỳ. IV. Thách thức công nghiệp hóa và cơ hội chính sách 1. Nút thắt công nghệ và hướng đột phá Dựa trên đất hiếm: Sự biến động trong cung cấp đất hiếm nhẹ (như lanthan và cerium) tăng chi phí, đòi hỏi phát triển hệ thống không chứa cobalt/nickel (như hợp kim lưu trữ hydro dựa trên sắt). Dựa trên magiê: Dây chuyền sản xuất nghìn tấn có tỷ lệ sản xuất dưới 60%, cần đột phá trong quy trình nghiền bi tự động và công nghệ quản lý nhiệt. 2. Sức mạnh chính sách và vốn Chính sách trong nước: Bộ Tài chính đưa nghiên cứu và phát triển vật liệu lưu trữ hydro dựa trên đất hiếm vào phạm vi trợ cấp, với mức trợ cấp tối đa 5 triệu nhân dân tệ mỗi xe; hệ thống lưu trữ hydro dựa trên magiê nhận trợ cấp 0,3 nhân dân tệ/Wh dựa trên dung lượng lưu trữ. Bố trí vốn: Quý 1 năm 2025, tài chính trong lĩnh vực năng lượng hydro trong nước vượt quá 20 tỷ nhân dân tệ, với 35% dành cho đường lối lưu trữ hydro rắn, tập trung vào vật liệu magiê (Yunhai Metal, Magnesium Power) và xúc tác đất hiếm (Zihuan Environmental). V. Triển vọng tương lai: Từ song hành đến cạnh tranh và hợp tác toàn cầu Ngắn hạn (2025-2030): Vật liệu dựa trên đất hiếm sẽ chiếm ưu thế trong vận chuyển và các tình huống phân tán, trong khi vật liệu dựa trên magiê sẽ tập trung vào lưu trữ năng lượng công nghiệp và giao dịch xuyên biên giới.Trung hạn (2030-2035): Vật liệu hợp kim đất hiếm-magie sẽ được thương mại hóa, và hệ thống lưu trữ hydro lai sẽ trở thành xu hướng chính. Dài hạn (Sau 2035): Lưu trữ hydro thể rắn, cùng với hydro lỏng và lưu trữ hydro lỏng hữu cơ, sẽ hình thành sự cạnh tranh đa công nghệ, thúc đẩy chi phí toàn chuỗi của năng lượng hydro tiến gần đến năng lượng truyền thống. Kết luận cốt lõi: Các doanh nghiệp trong nước, thông qua chiến lược kép "đất hiếm cho giao thông, magie cho lưu trữ năng lượng," đã hình thành năng lực toàn chuỗi trong vật liệu, tích hợp hệ thống và thương mại xuyên biên giới. Trong tương lai, cần có những đột phá hơn nữa trong quản lý nhiệt và sản xuất quy mô lớn để chuyển đổi công nghệ lưu trữ hydro thể rắn từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng quy mô lớn, cung cấp giải pháp Trung Quốc hiệu quả về chi phí và hiệu suất cao cho ngành năng lượng hydro toàn cầu.

SMM

【Phân Tích SMM】Đất hiếm & Magiê - Công nghệ Lưu trữ Hydro dạng Rắn trong Các Tình huống Khác nhau: Phân tích Sâu về Đường dẫn Ứng dụng và Thực tiễn Doanh nghiệp Trong nước

Tóm tắt Giá Giao Dịch Quặng Sắt Nhập Khẩu ngày 24 tháng 4

Bản tin tuần về chi phí hydro từ nước điện phân: 24 tháng 4, 2025