Từ một nguyên liệu quen thuộc trong ngành hóa chất và phân bón, amoniac đang được kỳ vọng trở thành mắt xích quan trọng của hệ thống năng lượng phát thải thấp. Nhiều dự án trên thế giới đang thúc đẩy ứng dụng công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro ở quy mô thương mại.

Trong bối cảnh nhiều quốc gia đẩy mạnh lộ trình giảm phát thải khí cacbon và hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (Net Zero), hydro đang được xem là một trong những nhiên liệu sạch có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực khó khử carbon như sản xuất điện, vận tải biển và công nghiệp nặng. Tuy nhiên, những thách thức liên quan đến lưu trữ và vận chuyển hydro đã thúc đẩy sự quan tâm ngày càng lớn đối với amoniac (NH₃) - một hợp chất được xem như "chất mang hydro" hiệu quả cho chuỗi cung ứng năng lượng xanh toàn cầu.

Hiện nay, các công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro đang tiến gần tới giai đoạn thương mại hóa tại nhiều khu vực như châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ. Sự phát triển của lĩnh vực này được kỳ vọng sẽ góp phần giải quyết bài toán vận chuyển hydro xuyên lục địa, đồng thời hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng theo hướng phát thải thấp.

Toàn cảnh một nhà máy chuyển đổi amoniac thành hydro sạch. Ảnh: Amogy

Amoniac - giải pháp vận chuyển hydro hiệu quả

Trong các hệ thống năng lượng sử dụng hydro, amoniac có nhiều lợi thế nhờ cơ sở hạ tầng sản xuất, lưu trữ và vận chuyển đã được hình thành từ nhiều thập kỷ phục vụ ngành phân bón và hóa chất. So với hydro khí, amoniac có mật độ năng lượng thể tích cao hơn, giúp việc lưu trữ và vận chuyển thuận lợi hơn, đặc biệt đối với các tuyến vận tải đường biển quốc tế.

Trong lĩnh vực sản xuất điện, amoniac được phân hủy ở nhiệt độ cao, thường trong khoảng 600 - 900°C, dưới tác dụng của các chất xúc tác để tạo thành hỗn hợp khí hydro và nitơ. Hydro sau đó có thể được tinh chế đến độ tinh khiết cao nhằm cung cấp cho pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM). Trong một số trường hợp, hỗn hợp hydro - nitơ sau quá trình phân hủy cũng có thể được sử dụng trực tiếp để đồng đốt trong các nhà máy điện nhằm giảm lượng phát thải carbon.

Song song với sự phát triển của công nghệ chuyển đổi amoniac, nhiều nhà sản xuất tua-bin khí trên thế giới cũng đang nghiên cứu các thiết bị có khả năng đốt cháy tỷ lệ hydro ngày càng cao, hướng tới mục tiêu sử dụng hoàn toàn hydro làm nhiên liệu trong tương lai.

Những bước tiến trong công nghệ "cracking" amoniac

Một trong những thách thức lớn nhất của nền kinh tế hydro là làm thế nào để tách hydro khỏi phân tử amoniac một cách hiệu quả, tiêu tốn ít năng lượng và giảm chi phí vận hành. Vì vậy, nhiều tổ chức nghiên cứu và doanh nghiệp đang tập trung phát triển các công nghệ "cracking" amoniac, tức quá trình phân hủy amoniac thành hydro và nitơ.

Các hệ thống thế hệ mới sử dụng vật liệu xúc tác tiên tiến cho phép quá trình chuyển đổi diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn, nâng cao hiệu suất thu hồi hydro và giảm dấu chân carbon. Nhờ đó, công nghệ này đang được xem là một giải pháp tiềm năng để cung cấp điện không phát thải carbon cho các khu công nghiệp, hệ thống điện phân tán và phương tiện vận tải sử dụng hydro.

Trong số các doanh nghiệp đang thúc đẩy ứng dụng công nghệ cracking amoniac, công ty Amogy (có trụ sở ở Mỹ) là một trong những đơn vị nổi bật với các hệ thống chuyển đổi amoniac thành hydro phục vụ phát điện. Công nghệ của công ty cho phép tách hydro từ amoniac, sau đó sử dụng hydro để sản xuất điện thông qua pin nhiên liệu hoặc động cơ hydro mà không phát sinh khí thải carbon tại điểm sử dụng.

Nhằm kiểm chứng tính khả thi của công nghệ trong điều kiện thực tế, công ty Amogy đã triển khai nhiều dự án trình diễn tại Mỹ, Hàn Quốc và một số quốc gia khác. Đáng chú ý, năm 2025, một tàu kéo hoạt động trên sông Hudson (Mỹ) đã được cải hoán để vận hành bằng hệ thống năng lượng sử dụng amoniac do công ty cung cấp, trở thành một trong những ví dụ tiêu biểu về ứng dụng công nghệ này trong lĩnh vực vận tải thủy.

Tàu chạy bằng amoniac sạch đầu tiên trên thế giới trên sông Hudson ở thượng nguồn New York. Tàu kéo NH₃ Kraken, được chế tạo vào năm 1957, ban đầu được cung cấp năng lượng bằng máy phát điện diesel và động cơ điện, hiện được trang bị thêm hệ thống biến amoniac thành điện sáng tạo của công ty Amogy, không thải ra carbon. Ảnh: Amogy

Châu Á - Thái Bình Dương thúc đẩy phát triển chuỗi giá trị amoniac

Khu vực châu Á - Thái Bình Dương đang nổi lên như một trong những thị trường tiềm năng nhất đối với công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro và điện năng. Động lực chính đến từ nhu cầu bảo đảm an ninh năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu của nhiều quốc gia trong khu vực.

Tại Hàn Quốc, trong bối cảnh các chính sách ưu tiên phát triển năng lượng sạch, tiêu biểu là Đạo luật Năng lượng Phân tán (DEA), đang tạo động lực cho quá trình chuyển đổi năng lượng, một dự án phát điện phân tán sử dụng amoniac công suất 1 MW đang được nghiên cứu tại thành phố cảng Pohang, với mục tiêu mở rộng lên đến 40 MW vào năm 2029. Dự án thí điểm kết hợp công nghệ bẻ khóa amoniac của công ty Amogy với động cơ hydro HX22 do HD Hyundai Infracore (HDI) phát triển, đồng thời tận dụng năng lực của GS Engineering & Construction (GS E&C) trong đầu tư hạ tầng, xây dựng và vận hành hệ thống. Nếu thành công, dự án sẽ góp phần hình thành mô hình năng lượng phân tán sạch có thể nhân rộng tại nhiều đô thị khác ở Hàn Quốc.

Bên cạnh Hàn Quốc, Đài Loan cũng đang thử nghiệm các giải pháp năng lượng dựa trên amoniac nhằm phục vụ mục tiêu khử cacbon trong lĩnh vực công nghiệp. Một dự án thí điểm chuyển đổi amoniac thành điện đang được triển khai thông qua sự hợp tác giữa Amogy và GreenHarvest, doanh nghiệp năng lượng tái tạo có trụ sở tại Đài Loan. Theo kế hoạch, hệ thống sẽ được lắp đặt tại một cơ sở công nghiệp lớn trong giai đoạn cuối năm 2026 đến đầu năm 2027, mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hơn trong các ngành sản xuất và công nghệ cao.

Tại Singapore, định hướng phát triển nền kinh tế hydro cũng đang được thúc đẩy thông qua Kế hoạch xanh Singapore 2030 và Chiến lược Hydro Quốc gia. Trong bối cảnh đó, năm 2025, Amogy và Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu Singapore (A*STAR) đã ký biên bản ghi nhớ nhằm nghiên cứu và triển khai các công nghệ năng lượng dựa trên amoniac. Hai bên đang xem xét khả năng phát triển một dự án thí điểm chuyển đổi amoniac thành điện tại đảo Jurong - trung tâm công nghiệp và năng lượng quan trọng của Singapore.

Trong khi đó, Nhật Bản là một trong những quốc gia đi đầu trong việc đưa amoniac vào lĩnh vực phát điện. Chính phủ nước này đã triển khai nhiều cơ chế hỗ trợ nhằm thu hẹp khoảng cách chi phí giữa amoniac và các nhiên liệu truyền thống, qua đó thúc đẩy quá trình giảm dần sự phụ thuộc vào nhiệt điện than.

Nhà sản xuất điện lớn nhất Nhật Bản là JERA đang triển khai các kế hoạch sử dụng amoniac đồng đốt tại các nhà máy nhiệt điện quy mô lớn, với mục tiêu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu không phát thải carbon trong cơ cấu năng lượng. Là một phần trong lộ trình chuyển đổi các nhà máy nhiệt điện than sang sử dụng amoniac vào những năm 2040, đầu năm 2025, JERA đã thành lập liên doanh với CF Industries và Mitsui để phát triển dự án Blue Point tại bang Louisiana (Mỹ). Với tổng vốn đầu tư khoảng 4 tỷ USD, đây được xem là một trong những cơ sở sản xuất amoniac carbon thấp lớn nhất thế giới.

Theo kế hoạch, lượng amoniac sản xuất từ Blue Point sẽ được xuất khẩu sang Nhật Bản để cung cấp cho các dự án phát điện của JERA, trong đó có Nhà máy nhiệt điện Hekinan công suất 4,1 GW ở miền Trung Nhật Bản. JERA dự kiến bắt đầu đồng đốt 20% amoniac tại Tổ máy số 4 của nhà máy này vào năm 2029.

Những dự án đang được triển khai tại Hàn Quốc, Đài Loan, Singapore và Nhật Bản cho thấy chuỗi giá trị amoniac - hydro đang từng bước được hình thành tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Dù vẫn đối mặt với nhiều thách thức về chi phí và hạ tầng, các sáng kiến này được xem là những bước đi quan trọng nhằm kiểm chứng tính khả thi của công nghệ, tạo tiền đề cho quá trình mở rộng quy mô và thương mại hóa trong những năm tới.

Nhiều doanh nghiệp tham gia cuộc đua công nghệ

Bên cạnh các dự án tại châu Á, nhiều tập đoàn công nghiệp và năng lượng lớn trên thế giới cũng đang đầu tư mạnh vào công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro. Các doanh nghiệp như Topsoe, Air Liquide, thyssenkrupp Uhde và Mitsubishi Heavy Industries đều đang phát triển các giải pháp liên quan đến sản xuất, vận chuyển hoặc phân hủy amoniac để thu hồi hydro.

Đáng chú ý, cuối năm 2025, Air Liquide - một trong những tập đoàn khí công nghiệp hàng đầu thế giới - đã đưa vào vận hành đơn vị thí điểm cracking amoniac quy mô công nghiệp đầu tiên trên thế giới tại cảng Antwerp-Bruges (Bỉ), với công suất chuyển đổi khoảng 30 tấn amoniac thành hydro mỗi ngày. Dự án được xem là một bước tiến quan trọng trong quá trình thương mại hóa công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro phục vụ sản xuất điện và các ngành công nghiệp phát thải cao.

Air Liquide hiện cung cấp các giải pháp khí công nghiệp, khí y tế, hydro và năng lượng sạch tại hơn 70 quốc gia. Đầu năm 2026, tập đoàn này hoàn tất thương vụ mua lại DIG Airgas tại Hàn Quốc, qua đó mở rộng năng lực sản xuất và cung ứng hydro, đồng thời củng cố vị thế tại một trong những thị trường năng lượng sạch quan trọng của châu Á.

Triển vọng cho nền kinh tế hydro

Sự phát triển của các công nghệ chuyển đổi amoniac thành hydro đang góp phần hoàn thiện chuỗi giá trị hydro toàn cầu, từ sản xuất, vận chuyển đến sử dụng cuối cùng. Dù vẫn còn những thách thức liên quan đến hiệu suất chuyển đổi, chi phí đầu tư và nguồn cung amoniac carbon thấp, xu hướng đầu tư ngày càng mạnh mẽ cho thấy lĩnh vực này đang bước vào giai đoạn tăng trưởng mới.

Trong dài hạn, nếu các rào cản kỹ thuật và kinh tế tiếp tục được tháo gỡ, amoniac có thể trở thành mắt xích quan trọng kết nối các trung tâm sản xuất năng lượng tái tạo với những khu vực tiêu thụ lớn trên thế giới. Điều này không chỉ hỗ trợ quá trình khử carbon trong ngành điện mà còn mở ra cơ hội phát triển cho nền kinh tế hydro, được kỳ vọng sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong hệ thống năng lượng phát thải thấp của tương lai./.