Nga khởi động sản xuất công nghiệp hợp kim magiê đất hiếm, trong khi công nghệ “hồ hydro nền magiê” của Đức bị đặt dấu hỏi một cách có hệ thống [Khảo sát SMM]

Nhà máy Magie Solikamsk của Nga khởi động sản xuất công nghiệp hợp kim magie chứa đất hiếm

Nhà máy Magie Solikamsk (SMP), công ty con của Rosatom của Nga, gần đây thông báo đã bắt đầu sản xuất công nghiệp các hợp kim magie chứa các nguyên tố đất hiếm như neodymi, xeri và lantan. Các vật liệu mới này kết hợp đặc tính nhẹ và độ bền cao, có thể giảm đáng kể khối lượng kết cấu và nâng cao hiệu quả năng lượng của thiết bị, đồng thời có thể tái chế, nên được xếp vào nhóm vật liệu “kỹ thuật xanh”. Sản phẩm chủ yếu hướng tới các ngành hàng không vũ trụ, chế tạo ô tô, năng lượng, dầu khí. Việc bổ sung đất hiếm giúp tăng khả năng chịu tải của vật liệu và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận then chốt. Nhà máy Magie Solikamsk bắt đầu sản xuất magie từ năm 1936 và bắt đầu chiết xuất kim loại đất hiếm từ tinh quặng loparit vào năm 1958. Hiện nay, nhà máy này chiếm 100% năng lực sản xuất hợp chất đất hiếm, niobi và tantali của Nga, đồng thời chiếm 75% sản lượng magie và 4% sản lượng titan.

Công nghệ “bột nhão hydro nền magie” của Fraunhofer đối mặt với nghi vấn về hiệu suất và chi phí ở cấp độ hệ thống

Công nghệ Powerpaste do Viện Fraunhofer của Đức phát triển gần đây đã làm dấy lên thảo luận mới. Dựa trên magie hydrua, công nghệ này giải phóng hydro thông qua phản ứng với nước để sử dụng trong pin nhiên liệu, nhằm tránh các thách thức về an toàn và chi phí của việc lưu trữ hydro áp suất cao. Tuy nhiên, các phân tích độc lập cho thấy hiệu năng của toàn bộ hệ thống thấp hơn rất nhiều so với các tuyên bố quảng bá.

Các vấn đề cốt lõi nằm ở mật độ năng lượng và hiệu suất. Theo ước tính, để tạo ra 1 kg hydro cần khoảng 10 kg bột nhão hydro và 9 kg nước tinh khiết, tổng khối lượng là 19 kg, tương ứng với mật độ năng lượng cấp hệ thống chỉ khoảng 0,3-0,4 kWh/kg, tương đương pin lithium chứ không vượt trội hơn. Khâu sản xuất magie đầu nguồn tiêu thụ tới 80-110 kWh cho mỗi kg hydro, khiến hiệu suất toàn chuỗi từ điện đến điện chỉ khoảng 10%. Quá trình phản ứng giải phóng lượng nhiệt lớn, khoảng 19 kWh cho mỗi kg hydro, đòi hỏi quản lý nhiệt phức tạp. Tốc độ tạo hydro bị hạn chế, và cần tinh chế để tương thích với pin nhiên liệu màng trao đổi proton. Về chi phí, riêng mức tiêu thụ năng lượng để sản xuất magiê đã làm tăng chi phí thêm 4–11 USD/kg hydro, chưa tính phần cứng hệ thống và logistics.

Mức chi phí 2 euro cho mỗi kilôgam hồ hydro mà Fraunhofer công bố chỉ bao gồm nguyên liệu thô, trong khi tổng chi phí của toàn hệ thống cao hơn một bậc độ lớn. Chuỗi tái chế cũng chưa khép kín, vì quá trình luyện hydroxit magiê trở lại thành magiê đòi hỏi tiêu thụ năng lượng rất lớn. Phân tích cho rằng công nghệ này chỉ phù hợp với các kịch bản trình diễn ở quy mô từ vài trăm watt đến kilowatt và không thể đáp ứng nhu cầu công suất lớn như tàu thủy. Về bản chất, đây là “phá hủy năng lượng” chứ không phải lưu trữ năng lượng, và không có lợi thế nào ở cấp độ hệ thống.