Ngành nhôm toàn cầu đang bước vào giai đoạn chuyển mình sâu rộng nhất kể từ khi hình thành vào cuối thế kỷ XIX. Suốt hơn 100 năm, các lò luyện nhôm truyền thống vận hành dựa trên anot carbon, đồng nghĩa với việc CO₂ luôn là sản phẩm phụ không thể tránh khỏi. Giờ đây, công nghệ điện phân nhôm sử dụng anot trơ do hai tập đoàn khai khoáng toàn cầu Alcoa và Rio Tinto phát triển trong khuôn khổ liên danh ELYSIS đang tạo nên một bước đột phá mang tính cách mạng: thay thế anot tiêu hao truyền thống bằng anot bền vững, vĩnh cửu, có khả năng tạo ra oxy thay vì khí nhà kính, từ đó mở ra một chương mới cho sản xuất kim loại sạch.

Điện phân nhôm bằng anot trơ cho phép tạo oxy, loại bỏ phát thải CO₂ tại nguồn.

Công nghệ điện phân nhôm sử dụng anot trơ đang được xem là bước ngoặt lớn của ngành luyện kim, bởi nó thay đổi căn bản cách thức chiết xuất và tinh chế kim loại linh hoạt bậc nhất này. Thay vì sử dụng các anot carbon truyền thống - vốn bị tiêu hao dần và phát thải CO₂ trong quá trình điện phân, công nghệ mới thay thế bằng các điện cực hợp kim gốm hoặc kim loại tiên tiến có khả năng duy trì ổn định qua nhiều chu kỳ sản xuất. Chính sự thay đổi mang tính cấu trúc này tạo nên giá trị đột phá của anot trơ: loại bỏ hoàn toàn phát thải trực tiếp CO₂ từ lò điện phân. Nếu ở các tế bào điện phân thông thường, anot carbon bị oxy hóa và chuyển hóa thành khí nhà kính, thì hệ thống anot trơ tạo ra oxy tinh khiết như một sản phẩm phụ. Cơ chế điện hóa hoàn toàn mới này không chỉ giúp giảm phát thải tại nguồn mà còn mở ra triển vọng khử carbon sâu cho quy trình luyện nhôm – một trong những quy trình tiêu tốn năng lượng và phát thải lớn nhất trong ngành công nghiệp kim loại.

Sự khác biệt giữa công nghệ anot trơ và phương pháp truyền thống

Điểm khác biệt cốt lõi giữa công nghệ anot trơ và quy trình điện phân truyền thống nằm ở vật liệu anot và các phản ứng hóa học diễn ra trong bể điện phân. Ở quy trình Hall-Héroult thông thường, anot carbon bị tiêu hao dần và phải thay thế liên tục, do chúng cháy hết khi phản ứng với ion oxy trong chất điện phân, tạo ra lượng lớn carbon dioxide - nguồn phát thải của ngành công nghiệp nhôm toàn cầu.

Ngược lại, anot trơ làm từ gốm tổng hợp hoặc hợp kim kim loại được thiết kế đặc biệt có khả năng chịu được môi trường nấu chảy ở nhiệt độ cao mà không bị mài mòn. Hoạt động ổn định ở khoảng 800°C, các anot không tiêu hao này cho phép chiết xuất nhôm đồng thời tạo ra oxy thay vì CO₂. Việc giảm khoảng 160°C so với quy trình truyền thống cũng giúp nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm độ phức tạp trong vận hành.

Bước chuyển công nghệ trong điện phân nhôm với anot trơ

Công nghệ điện phân nhôm sử dụng anot trơ đang tạo ra bước chuyển quan trọng cho ngành luyện kim khi thay thế anot carbon truyền thống bằng anot không tiêu hao, từ đó xử lý các vấn đề phát thải, nâng cao hiệu suất vận hành và chất lượng sản phẩm.

Việc Rio Tinto vận hành thành công tế bào anot trơ 450 kiloampe tại nhà máy Alma ở Quebec (Canada) cho thấy khả năng loại bỏ hoàn toàn khí thải carbon trực tiếp trong sản xuất nhôm - một trọng tâm trong chiến lược khử cacbon của tập đoàn này. Ở quy mô ngành, nếu được áp dụng rộng rãi, công nghệ này có thể giúp Canada cắt giảm hàng triệu tấn khí nhà kính mỗi năm, tương đương với việc loại bỏ vĩnh viễn một số lượng lớn phương tiện giao thông khỏi đường phố. Các lợi ích môi trường bao gồm không phát sinh CO₂ trong quá trình điện phân, tạo ra oxy tinh khiết phục vụ mô hình cộng sinh công nghiệp, loại bỏ phát thải thứ cấp như perfluorocarbon và hydro florua, đồng thời giảm nhu cầu năng lượng nhờ nhiệt độ vận hành thấp hơn.

Ngoài tác động môi trường, công nghệ anot trơ còn nâng cao đáng kể chất lượng nhôm thành phẩm khi loại bỏ nguy cơ nhiễm tạp chất từ sự hòa tan của anot carbon, giúp duy trì độ tinh khiết và tính ổn định của kim loại trong suốt quá trình sản xuất. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các ngành yêu cầu tiêu chuẩn vật liệu cao như hàng không vũ trụ, ô tô và điện tử.

Ưu điểm kỹ thuật của hệ thống anot trơ

Công nghệ anot trơ mang lại lợi thế kỹ thuật rõ rệt và cải thiện hiệu quả vận hành so với quy trình Hall–Héroult truyền thống.

Trước hết, nhiệt độ hoạt động của hệ thống anot trơ khoảng 800°C, thấp hơn khoảng 160°C so với quy trình sử dụng anot carbon truyền thống, do đó tối ưu hóa quản lý nhiệt và tiết kiệm năng lượng. Anot trơ được chế tạo từ gốm kỹ thuật hoặc hợp kim kim loại có độ bền cao, không bị tiêu hao trong môi trường điện phân, giúp loại bỏ hoàn toàn nhu cầu thay thế định kỳ và giảm gián đoạn sản xuất. Cấu hình điện cực thẳng đứng trong các tế bào anot trơ cho phép cả hai bề mặt tiếp xúc trực tiếp với chất điện phân, tối đa hóa diện tích hoạt động và thu hẹp khoảng cách anot - catot, nhờ đó tăng mật độ dòng, cải thiện hiệu quả không gian và chỉ yêu cầu khoảng một phần ba diện tích bố trí so với thiết kế truyền thống. Nhờ đó, thiết kế tế bào nhỏ gọn này hỗ trợ lắp đặt nhà xưởng linh hoạt hơn và giảm yêu cầu về hạ tầng khi xây dựng cơ sở mới. Bên cạnh đó, khả năng cấp điện mô-đun giúp các nhà vận hành điều chỉnh mức tiêu thụ trong thời điểm cao hoặc thấp tải điện, phục vụ các chiến lược tối ưu hóa năng lượng. Về kiểm soát quy trình, việc loại bỏ hoàn toàn sự tiêu hao anot làm cho các điều kiện vận hành ổn định và dễ dự đoán hơn, giảm nhu cầu điều chỉnh liên tục và nâng cao tính nhất quán của toàn bộ chu trình điện phân. Sự ổn định này đi kèm với việc duy trì nhiệt độ đồng đều, thành phần điện phân không bị nhiễm carbon, phân phối dòng điện tối ưu cho sự lắng đọng kim loại đồng nhất, đồng thời đơn giản hóa hệ thống giám sát vì không còn yêu cầu lập lịch thay anot. Nhờ đó, công nghệ anot trơ không chỉ cải thiện hiệu quả vận hành mà còn tăng độ an toàn và độ tin cậy của quy trình luyện nhôm.

Thách thức trong triển khai thương mại

Yêu cầu phát triển vật liệu cho anot trơ đặt ra một loạt thách thức luyện kim phức tạp, bởi điện cực phải đồng thời chịu được môi trường florua nóng chảy ăn mòn mạnh, sự biến thiên nhiệt độ và cường độ vận hành cao trong suốt vòng đời thiết bị. Để có thể triển khai thương mại rộng rãi, vật liệu anot cần đảm bảo khả năng chống ăn mòn và sốc nhiệt, duy trì độ dẫn điện phù hợp cho quy mô công nghiệp, giữ được độ bền cơ học trước các chu kỳ giãn nở - co lại, đồng thời có tính ổn định hóa học đủ lớn để không bị oxy hóa hay hòa tan trong môi trường giàu oxy của quá trình điện phân.

Việc tích hợp công nghệ nhôm anot trơ vào sản xuất không chỉ dừng ở chuyện thay thế điện cực mà còn kéo theo yêu cầu tái thiết kế gần như toàn bộ quy trình nấu chảy. Các tế bào anot trơ vận hành với hàm lượng oxit trong chất điện phân cao hơn nhiều so với công nghệ truyền thống, khiến cho hệ thống cấp liệu alumin hiện nay khó đáp ứng mức độ kiểm soát chính xác cần thiết. Bên cạnh đó, chuyển từ anot carbon sang anot trơ cũng làm thay đổi cán cân năng lượng, bởi quá trình điện hóa tạo ra oxy không sử dụng nguồn năng lượng hóa học vốn có trong vật liệu carbon, từ đó ảnh hưởng đến hồ sơ tiêu thụ năng lượng tổng thể. Quá trình triển khai còn đòi hỏi những công nghệ bổ trợ tương thích, từ vật liệu catot mới, chẳng hạn như titan diboride cần nhiều điều chỉnh kỹ thuật và chi phí tích hợp - đến công thức chất điện phân chuyên dụng, tất cả đều phải được đồng bộ để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Những doanh nghiệp tiên phong trong thương mại hóa công nghệ anot trơ

Trong cuộc đua thương mại hóa công nghệ anot trơ, liên danh ELYSIS giữa Rio Tinto và Alcoa giữ vai trò tiên phong. Tháng 11/2025, hai bên ghi dấu cột mốc quan trọng khi vận hành thành công tế bào anot trơ 450 kiloampe quy mô thương mại đầu tiên tại nhà máy luyện kim Alma ở Quebec, Canada. Kết quả này không chỉ chứng minh tính khả thi ở cấp độ công nghiệp mà còn đánh dấu bước chuyển từ nghiên cứu phòng thí nghiệm sang triển khai thực tế, qua đó củng cố vị thế của Canada như một trung tâm sản xuất nhôm bền vững. Thành công vận hành ban đầu cũng mang lại bộ dữ liệu hiệu suất có giá trị cho việc mở rộng quy mô và đánh giá khả năng thương mại trong giai đoạn tiếp theo.

Song song đó, Rio Tinto đang xây dựng nhà máy trình diễn đầu tiên ứng dụng anot trơ tại cơ sở Arvida, Canada, nhằm tạo không gian thử nghiệm toàn diện và tích lũy kinh nghiệm vận hành cho các dự án thương mại lớn hơn trong tương lai.

Ở góc độ ngành, Hội đồng Nhôm Australia đánh giá công nghệ anot trơ là một trong những hướng đi giàu tiềm năng trong vòng 5 năm tới, với khả năng áp dụng cho cả nhà máy mới lẫn cơ sở hiện có trong mạng lưới sản xuất của nước này. Nhận định này phản ánh niềm tin ngày càng lớn vào tính thương mại của công nghệ và mở ra tương lai triển khai ngoài khu vực Bắc Mỹ, đặc biệt nhờ ưu thế linh hoạt trong việc cải tạo dây chuyền hiện có thay vì đòi hỏi đầu tư vào hạ tầng hoàn toàn mới.

Lợi ích kinh tế của công nghệ anot trơ

Công nghệ anot trơ mang lại những lợi ích kinh tế đáng kể, mở ra hướng chuyển đổi thị trường trong ngành nhôm. Việc loại bỏ nhu cầu thay thế anot định kỳ giúp giảm mạnh chi phí vận hành, từ vật liệu và nhân công bảo trì đến chi phí vận chuyển anot carbon; đồng thời thu hẹp nhu cầu diện tích kho chứa và chi phí quản lý chất thải, qua đó góp phần giảm dấu chân cacbon trong toàn bộ chuỗi sản xuất.

Bên cạnh đó, khả năng vận hành theo mô-đun cho phép các nhà máy linh hoạt điều chỉnh mức tiêu thụ điện theo biến động giá lưới, tối ưu chi phí năng lượng trong bối cảnh nhiều khu vực áp dụng giá điện theo thời gian sử dụng hoặc có tỷ trọng năng lượng tái tạo lớn.

Về phương diện vốn đầu tư, thiết kế nhỏ gọn của tế bào anot trơ giúp giảm đáng kể nhu cầu hạ tầng cho các dự án mới, đồng thời cho phép bố trí mặt bằng tối ưu hơn. Đối với các cơ sở hiện hữu, khả năng linh hoạt trong việc nâng cấp công nghệ này mang lại một lựa chọn kinh tế hơn nhiều so với phương án thay thế toàn bộ dây chuyền nấu chảy truyền thống.

Công nghệ anot trơ - Động lực mới cho tương lai bền vững của ngành nhôm

Công nghệ anot trơ đang mở ra một lộ trình rõ ràng để ngành nhôm tiến gần hơn tới mục tiêu trung hòa carbon. Thay vì phụ thuộc vào bù đắp phát thải hoặc chuyển đổi hoàn toàn sang năng lượng tái tạo, công nghệ này giúp ngành nhôm loại bỏ khí thải ngay tại nguồn mà vẫn duy trì hiệu suất vận hành, tạo nền tảng cho quá trình chuyển đổi bền vững trong toàn bộ chuỗi giá trị khai khoáng - luyện kim.

Việc vận hành thành công một dự án trình diễn ở quy mô thương mại đã chứng minh khả năng hiện thực của công nghệ trong việc giải quyết một trong những rào cản lớn nhất của quá trình khử carbon trong luyện kim. Trong bối cảnh quy định môi trường ngày càng siết chặt và cơ chế định giá carbon lan rộng trên toàn cầu, các doanh nghiệp tiên phong ứng dụng công nghệ sản xuất không phát thải sẽ nắm trong tay lợi thế cạnh tranh thông qua sản phẩm carbon thấp và chi phí tuân thủ quy định được tối ưu.

Không chỉ dừng lại ở việc giảm phát thải, quá trình điện phân nhôm bằng anot trơ còn tạo ra oxy như một sản phẩm phụ, mở ra không gian hợp tác mới với các ngành như thép, hóa chất hay xử lý nước - những lĩnh vực có nhu cầu oxy ổn định. Những mô hình phối hợp này vừa mang lại nguồn thu bổ sung, vừa gia tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên trong các khu công nghiệp, qua đó mở rộng sức lan tỏa của chuỗi cung ứng.

Sự kết hợp giữa yêu cầu môi trường, lợi ích vận hành và triển vọng kinh tế ngày càng rõ nét đã đưa anot trơ trở thành một trong những công nghệ có tính chuyển đổi sâu sắc nhất của ngành nhôm. Khi được hoàn thiện và triển khai rộng rãi, công nghệ này hứa hẹn tái định hình cách thế giới sản xuất nhôm, đồng thời góp phần quan trọng vào mục tiêu giảm phát thải carbon toàn cầu./.