SMM

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) bổ sung cho nhau về mật độ công suất, chi phí và an toàn do sự khác biệt về tính chất vật liệu. Trong tháng 4 năm 2025, các đột phá trong công nghiệp hóa hai loại vật liệu này thường xuyên xuất hiện trong lĩnh vực năng lượng hydro toàn cầu: Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc thông báo rằng mật độ lưu trữ hydro ở áp suất khí quyển của bình chứa hydro dựa trên đất hiếm đạt 7,2 wt%, và ThyssenKrupp của Đức ra mắt hệ thống lưu trữ hydro dựa trên magiê có chu kỳ sử dụng vượt quá 500 chu kỳ. Bài viết này, dựa trên các phát triển ngành trong tuần này, tổng kết hệ thống các đường dẫn công nghệ, khả năng thích ứng với tình huống, và thực tiễn công nghiệp hóa của doanh nghiệp nội địa cho hai loại vật liệu này, và khám phá các con đường phát triển cộng tác 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. Các ưu điểm kỹ thuật bao gồm:

Mật độ lưu trữ hydro theo thể tích cao: Dưới áp suất bình thường, có thể đạt 30-35 kg/m³ (hơn gấp đôi 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.

Phạm vi nhiệt độ ổn định rộng: Phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -30℃ đến 100℃, với hiệu suất khởi động lạnh xuất sắc ở nhiệt độ thấp (thu nhận hydro hoàn thành trong 5 phút).

Chu kỳ sử dụng: Trên mức phòng thí nghiệm đã vượt 10.000 chu kỳ (được xác minh bởi xe tải nặng chạy bằng hydro của Toyota).

Tiến bộ quan trọng trong tháng 4 năm 2025:

Hợp kim mới dựa trên đất hiếm-kim loại chuyển tiếp của USTC: Sử dụng hệ CeCo₀.8Ni₀.2, mật độ lưu trữ hydro đạt 7,2 wt% dưới áp suất 1 MPa, với chu kỳ sử dụng vượt 12.000 chu kỳ, 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: Được ra mắt tại Bao Đầu, Nội Mông, với công suất sản xuất hàng năm 50.000 bộ bình chứa hydro dựa trên đất hiếm, sử dụng hợp kim Pr-Nd (nội dung lanthan-cerium >60%), với chi phí mỗi bình giảm 40% so với sản phẩm nhập khẩu.

Vật liệu composite dựa trên đất hiếm-vanadi của Youyan Technology Group: Phát triển hợp kim mới (V₀.3Ce₀.7), với mật độ lưu trữ hydro 35 kg/m³ dưới áp suất 5 MPa, phù hợp cho hệ thống đẩy tàu chạy bằng hydro.

2. Tình huống ứng dụng cốt lõi và thực tiễn nội địa

(1) Cung cấp hydro động cho xe chạy bằng pin nhiên liệu

Khả năng kỹ thuật: Bình chứa hydro dựa trên đất hiếm có thể đáp ứng yêu cầu khởi động và dừng liên tục của xe chạy bằng pin nhiên liệu. Ví dụ, xe tải nặng chạy bằng hydro "Hydrogen Teng 3.0" của Trung Quốc được trang bị mô-đun lưu trữ hydro dựa trên đất hiếm, đạt phạm vi di chuyển 800 km trên tuyến vận chuyển than Ordos, với giảm 12% tiêu thụ hydro mỗi 100 km so với hệ thống hydro thuần túy.

Trường hợp mới nhất: Shanghai Jie Hydrogen Technology đã hợp tác với China Northern Rare Earth để tích hợp bình chứa hydro dựa trên đất hiếm vào hệ thống lưu trữ trạm nạp hydro, tương thích với trạm nạp hydro 35MPa, nhằm mục tiêu tỷ lệ nội địa hóa hơn 90% vào năm 2026.

(2) Phát điện phân tán để điều chỉnh đỉnh tải

Giải pháp tích hợp hệ thống: Bình chứa hydro dựa trên đất hiếm được tích hợp với pin nhiên liệu để đạt được chuyển đổi "hydro-điện" hai chiều. Hệ thống phát điện phân tán 50kW do Hyzon Motors của Đức ra mắt có thể cung cấp nguồn điện ổn định trong thời gian tải lưới cao, với hiệu suất chu kỳ 45%.

Ứng dụng nội địa: Weishi Energy đã giới thiệu hệ thống phát điện phân tán dựa trên bình chứa hydro-đất hiếm-pin nhiên liệu, phù hợp cho tình huống nguồn điện dự phòng trung tâm dữ liệu, giảm thời gian phản hồi xuống 10 giây.

(3) Nguồn điện khẩn cấp và thiết bị cao cấp

Giải pháp của Toshiba: Pin nhiên liệu 5kW kết hợp với bình chứa hydro dựa trên đất hiếm đã được triển khai làm nguồn điện dự phòng tại trung tâm dữ liệu Tokyo.

Đột phá nội địa: Zhongzi Environmental Protection đã phát triển công nghệ tái chế xúc tác đất hiếm, đạt tỷ lệ tái chế lanthan và cerium trên 95% thông qua quy trình thủy luyện, giảm chi phí 60% so với đất hiếm nguyên sinh.

II. Lưu trữ Hydro Rắn Dựa Trên Magiê: "Nguyên tố gây rối" cho Lưu trữ Năng lượng Dài hạn Giá rẻ (LDES)

1. Đặc điểm kỹ thuật và đột phá nội địa

Vật liệu lưu trữ hydro dựa trên magiê (ví dụ: MgH₂) lưu trữ hydro thông qua phản ứng có thể đảo ngược giữa magiê và hydro, với mật độ lưu trữ hydro lý thuyết 7,6 wt%. Tuy nhiên, 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: Hạt magiê được tinh chế xuống dưới 50nm thông qua quá trình nghiền bi, giảm nhiệt độ hấp thụ hydro từ 300°C xuống 150°C và tăng tốc độ hấp thụ hydro gấp ba lần.

Tối ưu hóa xúc tác: Xúc tác hai kim loại Ti/Fe do ThyssenKrupp phát triển đã tăng chu kỳ sử dụng của MgH₂ từ 300 lên 500 chu kỳ.

Tiến bộ quan trọng trong tháng 4 năm 2025:

Dự án Hydro Xanh Trung Đông của China Energy Construction: Sử dụng bình chứa hydro dựa trên magiê để lưu trữ năng lực sản xuất hydro từ gió và mặt trời biến động, với thời gian lưu trữ hydro 72 giờ, giảm chi phí hệ thống 40% so với lưu trữ hydro lỏng.

Dây chuyền sản xuất 200MWh hàng năm của Yunhai Metals: Thành lập dây chuyền sản xuất bình chứa hydro dựa trên magiê tại Chizhou, An Huy, sử dụng quy trình nghiền bi-nung kết hợp, tăng tỷ lệ sản xuất lên 75%, và áp dụng trong dự án tích hợp quang điện-hydro-lưu trữ tại Thanh Hải.

Giải pháp lưu trữ và vận chuyển xuyên biên giới của Shanghai Magnesium Power: Hợp tác với Mitsui để thí điểm "sản xuất hydro từ cải tạo hơi metan-magie dựa trên lưu trữ" tại Dubai, với công suất bình chứa hydro dựa trên magiê 10MWh, giảm thể tích 60% so với bình chứa hydro lỏng.

2. Tình huống ứng dụng cốt lõi và thực tiễn nội địa

(1) Lưu trữ năng lượng dài hạn công nghiệp

Dự án Thành phố Mới NEOM ở Ả Rập Saudi: China Energy Engineering Corporation cung cấp hệ thống lưu trữ hydro dựa trên magiê 50MWh để giảm thiểu tính gián đoạn của việc phát điện từ gió và mặt trời, giảm chi phí vòng đời 40% so với lưu trữ hydro lỏng.

Vật liệu lưu trữ hydro composite đất hiếm-magiê của CATL: Phát triển vật liệu composite Mg₂NiH₄/CeO₂, giảm nhiệt độ hấp thụ hydro xuống 150℃, phù hợp cho xe tải nặng trên tuyến vận chuyển than Ordos, tăng phạm vi di chuyển lên 1.000 km.

(2) Cung cấp hydro cho đảo và khu vực không có lưới điện

Dự án Kagoshima ở Nhật Bản: Toray triển khai hệ thống điện phân 5MW + 20MWh lưu trữ hydro dựa trên magiê để cung cấp điện cho cộng đồng không có lưới, giảm chi phí vòng đời 25% so với phát điện diesel.

Tình huống thích ứng nội địa: Yunhai Metals cung cấp hệ thống magiê cho Dự án Tích hợp Quang Điện-Hydro-Lưu trữ Thanh Hải, lưu trữ 48 giờ năng lực biến động, giảm chi phí 50% so với hydro lỏng.

(3) Giao dịch năng lượng hydro xuyên biên giới

Dự án thí điểm LNG sang Hydro giữa Trung Đông và Đông Á: Shanghai Magnesium Power hợp tác với Mitsui để vận chuyển hydro dạng rắn bằng đường biển sang Đông Á, tránh chi phí cao và rủi ro an toàn của lưu trữ và vận chuyển lỏng.

III. So sánh các đường dẫn công nghệ và chiến lược phát triển cộng tác

1. So sánh các thông số hiệu suất

2. Tình huống ứng dụng cộng tác và thực tiễn nội địa

(1) Hệ thống Lưu trữ Hydro Hybrid

Tình huống Trạm Nạp Hydro: Trạm nạp hydro Anting ở Thượng Hải sử dụng bình chứa hydro dựa trên đất hiếm để xử lý nạp xe ô tô tần suất cao, trong khi bình chứa hydro dựa trên magiê lưu trữ hydro xanh giá rẻ.Hệ thống kết hợp giảm chi phí 20%.

Kịch bản Microgrid: Vật liệu đất hiếm đáp ứng nhu cầu công suất cao tức thời (như trong biến động công suất PV), trong khi vật liệu dựa trên magiê xử lý sản xuất và lưu trữ hydro trong thời gian điện giá rẻ ngoài giờ cao điểm vào ban đêm.

(2) Công nghệ Sửa đổi Vật liệu

Phát triển Hợp kim Đất hiếm-Magiê: Ví dụ, vật liệu tổng hợp Mg₂NiH₄ đạt mật độ lưu trữ hydro 3,5wt% và giảm nhiệt độ hấp thụ hydro xuống 100℃, hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm mẫu.

Quy trình Phủ Nano: Phủ hạt magiê bằng oxit đất hiếm (như CeO₂) ngăn chặn sự phân hủy của hydro, tăng tuổi thọ chu kỳ lên 800 chu kỳ.

IV. Thách thức Công nghiệp hóa và Cơ hội Chính sách

1. Chướng ngại Kỹ thuật và Hướng đột phá

Loạt Đất hiếm: Biến động nguồn cung đất hiếm nhẹ (ví dụ, lantan, ceri) làm tăng chi phí, đòi hỏi phát triển hệ thống không chứa coban/niken (ví dụ, hợp kim lưu trữ hydro dựa trên sắt).

Loạt Dựa trên Magiê: Hiệu suất của dây chuyền sản xuất nghìn tấn dưới 60%, cần đột phá trong quy trình xay bi tự động và công nghệ quản lý nhiệt.

2. Liên kết Chính sách và Vốn

Chính sách Trong nước: Bộ Tài chính đã đưa nghiên cứu và phát triển vật liệu lưu trữ hydro dựa trên đất hiếm vào phạm vi hỗ trợ, với mức hỗ trợ tối đa 500.000 nhân dân tệ mỗi xe; hệ thống lưu trữ hydro dựa trên magiê nhận được hỗ trợ 0,3 nhân dân tệ/Wh dựa trên dung lượng ESS.

Triển khai Vốn: Trong quý 1 năm 2025, vốn đầu tư trong nước vào lĩnh vực năng lượng hydro vượt quá hai mươi tỷ nhân dân tệ, với đường đua lưu trữ hydro rắn chiếm 35%, tập trung vào vật liệu dựa trên magiê (Yunhai Metals, Magnesium Power) và chất xúc tác đất hiếm (Zhongzi Environmental Protection).

V. Triển vọng Tương lai: Từ Chiến lược Hai Bánh đến Cạnh tranh và Hợp tác Toàn cầu

Ngắn hạn (2025-2030): Đất hiếm thống trị vận tải và các kịch bản phân tán, trong khi magiê tập trung vào ESS công nghiệp và thương mại xuyên biên giới.

Trung hạn (2030-2035): Vật liệu hợp kim đất hiếm-magiê đạt thương mại hóa, và hệ thống lưu trữ hydro lai trở thành chủ đạo.

Dài hạn (sau 2035): Lưu trữ hydro rắn, hydro lỏng và lưu trữ hydro hữu cơ lỏng hình thành cuộc cạnh tranh nhiều công nghệ, thúc đẩy chi phí toàn bộ chuỗi năng lượng hydro gần hơn với năng lượng truyền thống.

Kết luận Chính: Các doanh nghiệp trong nước, thông qua chiến lược "đất hiếm đảm bảo vận tải và magiê mở rộng ESS," đã phát triển khả năng toàn chuỗi về vật liệu, tích hợp hệ thống và thương mại xuyên biên giới. Trong tương lai, cần tiếp tục đột phá các rào cản như quản lý nhiệt và sản xuất quy mô lớn, thúc đẩy chuyển đổi công nghệ lưu trữ hydro rắn từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng quy mô lớn, và cung cấp giải pháp Trung Quốc có ưu thế cả về chi phí và hiệu suất cho ngành công nghiệp năng lượng hydro toàn cầu.