1. Đột phá công nghệ: Trung Quốc tiên phong mô hình mới trong điện phân nước biển trực tiếp
Gần đây, cuộc họp khởi động dự án Chương trình R&D trọng điểm tỉnh Quảng Đông "Công nghệ và thiết bị hệ thống điện phân nước biển không khử mặn để sản xuất hydro" thuộc danh mục "Lưu trữ năng lượng kiểu mới và Năng lượng mới" đã được tổ chức thành công tại Đại học Thâm Quyến. Dự án sẽ tập trung phát triển công nghệ lõi và thiết bị sản xuất hydro trực tiếp từ nước biển hiệu quả cao, tương thích và ổn định. Mục tiêu tạo ra hệ thống điện phân nước biển không khử mặn đầu tiên trên thế giới công suất 110 Nm³/h, thiết lập lộ trình phát triển từ phòng thí nghiệm đến nhà máy và tiên phong trong lĩnh vực hydro xanh biển.
Triển vọng Năng lượng Thế giới 2024 của IEA dự đoán nhu cầu dầu toàn cầu sẽ đạt đỉnh vào năm 2030, trong khi ứng dụng hydro trong vận tải biển và hàng không có thể đẩy nhanh việc giảm nhu cầu dầu.
2. Triển khai công nghệ toàn cầu và tiến độ dự án của các quốc gia lớn
1. Châu Âu:Công nghệ AEM và trình diễn mở rộng điện gió ngoài khơi
Dự án SEA4VOLT của EU phát triển máy điện phân màng trao đổi anion (AEM) nhắm mục tiêu điện phân nước biển trực tiếp không cần xử lý trước, sử dụng chất xúc tác kim loại không quý và màng không chứa flo để giảm chi phí hydro xanh. Dự án NortH2 của Đức dự kiến xây dựng hệ thống điện gió ngoài khơi chuyển đổi thành hydro công suất 10 GW vào năm 2040, sản xuất 1 triệu tấn hydro xanh hàng năm, với dự án phụ AquaPrimus khởi động thí điểm 28 MW vào năm 2025. Dự án PosHYdon của Hà Lan kết hợp điện gió ngoài khơi với khử mặn để sản xuất hydro (13.000 tấn/năm), mặc dù vẫn phụ thuộc vào xử lý trước tốn kém.
2. Mỹ:Khám phá vật liệu chịu mặn và ứng dụng mở rộng
Nghiên cứu tại Mỹ tập trung vào vật liệu điện cực chống clo và công nghệ màng. Một nhóm từ Đại học Houston đề xuất trên Nature Reviews cải thiện độ ổn định chất xúc tác thông qua lớp bảo vệ và pha tạp dị nguyên tử, đồng thời khám phá điện phân lai (ví dụ: oxy hóa hữu cơ thay thế quá trình tạo oxy) để giảm phản ứng phụ. Các công ty như Bloom Energy đang thử nghiệm hiệu suất máy điện phân oxit rắn (SOEC) trong môi trường độ mặn cao, mặc dù thương mại hóa vẫn chậm.
3. Nhật Bản:Chiến lược Hydro Thúc đẩy Tích hợp Công nghệ
Luật Khuyến khích Xã hội Hydro của Nhật đầu tư 15 nghìn tỷ yên vào chuỗi cung ứng hydro, hợp tác với Siemens Energy về điện phân PEM, dù các dự án nước biển vẫn chủ yếu sử dụng tiền xử lý khử mặn. Dự án JIDAI nhằm xây dựng nền tảng hydro nổi ngoài khơi Hokkaido vào năm 2030, kết hợp sản xuất từ gió với lưu trữ/vận chuyển hydro lỏng, hướng tới chi phí 20 yên/Nm³ (~1,3 nhân dân tệ/m³).
4. Úc và Singapore: Hợp tác Quốc tế về Công nghệ Sản xuất Hydro Kiểu mới
Dự án "Phân tách Nước biển Nhiệt Mặt trời-Plasma để Sản xuất Hydro", hợp tác giữa Úc và Đại học Quốc gia Singapore, nhận tài trợ từ chính phủ Úc. Nó tận dụng hiệu ứng cộng hưởng quang nhiệt để nâng cao hiệu suất sản xuất hydro, nhằm giảm phụ thuộc vào chất xúc tác kim loại quý. Bằng cách tích hợp bộ cộng hưởng plasma và vật liệu nano, công nghệ này hứa hẹn đạt sản xuất hydro chi phí thấp tại các khu vực ngoài khơi.
III. Con đường Kỹ thuật và So sánh Chi phí
Sản xuất hydro từ nước biển toàn cầu chủ yếu theo hai hướng kỹ thuật chính:
1. Điện phân Nước biển Trực tiếp: Đại diện bởi công nghệ của nhóm Xie Heping (Trung Quốc), phương pháp này không cần tiền xử lý và có ưu thế chi phí đáng kể. Khi giá điện gió ngoài khơi giảm dưới 0,11 USD/kWh, chi phí sản xuất hydro có thể giảm xuống 15,89 USD/kg. Đến năm 2030, chi phí tại Trung Quốc dự kiến giảm dưới 15 USD/kg, đạt ngưỡng cạnh tranh với hydro xám.
2. Khử mặn Rồi Điện phân: Dù đã chín muồi, cách tiếp cận này có chi phí cao hơn. Dự án PosHYdon của Hà Lan cho ra hydro với giá khoảng 3,5 USD/kg, trong khi dự án TractebelOverdick của Đức dựa trên khử mặn thẩm thấu ngược báo cáo chi phí khoảng 4 USD/kg.
IV. Thách thức và Định hướng Tương lai
1. Thách thức Kỹ thuật Hiện tại
Độ bền Vật liệu: Cần tối ưu hóa hơn nữa về ăn mòn Cl⁻ và kết tủa Ca²⁺/Mg²⁺ trong vận hành dài hạn. Các đội Trung Quốc đã kiểm soát được tốc độ ăn mòn ở mức 0,01 mm/năm nhờ công nghệ phủ bản cực lưỡng cực.
Tối ưu chi phí: Giá điện xanh phải giảm xuống dưới 0,2 USD/kWh để thương mại hóa quy mô lớn. Trung Quốc đang dần tiến gần mục tiêu này thông qua tích hợp PV+ESS và nội địa hóa thiết bị.
Tiêu chuẩn và An toàn: Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đang xây dựng quy định an toàn cho nền tảng sản xuất hydro ngoài khơi. Yêu cầu Kỹ thuật cho Hệ thống Điện phân Nước biển Trực tiếp do Trung Quốc dẫn dắt dự kiến công bố vào năm 2026.
2. Xu hướng Phát triển Tương lai
Mở rộng Ứng dụng: Hydro xanh sẽ tích hợp với sản phẩm hóa học như amoniac tổng hợp và methanol, hình thành chuỗi ngành hoàn chỉnh bao gồm "sản xuất-lưu trữ-sử dụng".
Hợp tác Quốc tế: Dự án xuyên biên giới sẽ đẩy nhanh chuyển giao công nghệ và công nhận tiêu chuẩn lẫn nhau.
Công nghệ sản xuất hydro từ nước biển đang chuyển từ phòng thí nghiệm sang công nghiệp hóa, với đột phá của Trung Quốc mang lại "giải pháp Trung Quốc" cho chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Đổi mới vật liệu bền vững và hỗ trợ chính sách sẵn sàng biến hydro từ nước biển thành công nghệ cung cấp hydro xanh chủ đạo sau 2030, định hình lại bức tranh năng lượng toàn cầu.
