Thưa ông, trong số rất nhiều hướng nghiên cứu về năng lượng tái tạo, tại sao ông và nhóm nghiên cứu lại lựa chọn tập trung vào hydro?
Hydro (H2) đang được xem là một trong những chất mang năng lượng tiềm năng nhất cho tương lai, đặc biệt khi xét về mật độ năng lượng theo khối lượng, cao gấp ba lần so với dầu mỏ và hơn 100 lần so với pin ion lithium. Tuy nhiên, hydro cũng đối mặt với thách thức lớn: mật độ năng lượng theo thể tích rất thấp, gần như bằng không. Điều đó có nghĩa là việc lưu trữ và vận chuyển hydro yêu cầu công nghệ nén hóa lỏng ở áp suất cực cao hoặc giải pháp lưu trữ sáng tạo sử dụng chất mang rắn hoặc lỏng – những điều kiện không đơn giản về chi phí và an toàn.
Hiện nay, hydro được phân loại theo “màu”, căn cứ vào nguồn năng lượng sử dụng để sản xuất:
Hydro xanh: sản xuất từ năng lượng tái tạo như mặt trời, gió, hoặc điện hạt nhân, không phát thải CO2.
Hydro xám hoặc đen: sản xuất từ khí thiên nhiên (methane), gây phát thải CO2. Như vậy, sử dụng hydro xám hoặc đen không phát thải CO2 (chỉ phát thải nước) nhưng quá trình sản xuất thì lại phát thải CO2.
Hydro trắng: một loại hydro tự nhiên, tồn tại sẵn trong các mỏ địa chất, được phát hiện gần đây tại một số quốc gia như Pháp, Albanie và Mỹ. Nếu khai thác thành công, hydro trắng sẽ trở thành một nguồn năng lượng lý tưởng thay thế cho các nguồn năng lượng hóa thạch. Điểm đáng lưu ý là các mỏ hydro trắng được phát hiện ở độ sâu 1.000 m tại các vùng trước đây khai thác các mỏ kim loại sắt, chrome.
Chúng ta chưa có nghiên cứu cụ thể, nhưng với điều kiện địa chất có nhiều mỏ kim loại như chrome hay sắt, chúng ta hoàn toàn có thể kỳ vọng. Đây là một hướng tiếp cận rất mới của thế giới. Do đó, chúng ta hoàn toàn có cơ hội tham gia ngay từ đầu để rồi vươn lên dẫn đầu (tại sao không?) nếu có quyết tâm chính sách rõ ràng và đầu tư bài bản.
Nhóm của ông đã có những hướng tiếp cận nào trong nghiên cứu phát triển công nghệ hydro tại Việt Nam?
Quá trình sản xuất hydro xanh là quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời, phân ly nước thành hydro và oxy. Có hai hướng tiếp cận công nghệ chính: (i) chuyển hóa ánh sáng thành điện thông qua pin mặt trời, rồi dùng điện đó để điện phân nước - đây là công nghệ phổ biến hiện nay; (ii) chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành hydro thông qua các linh kiện xúc tác quang hóa – còn gọi là “lá nhân tạo”, đây là hướng mà nhóm chúng tôi đang phát triển.
Đâu là điều kiện tiên quyết để hydro xanh có thể cạnh tranh trên thị trường, thưa ông?
Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, để hydro xanh có thể cạnh tranh với hydro xám hoặc đen mà không cần trợ giá, công nghệ cần đáp ứng hai tiêu chí bắt buộc.
Một là, hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng mặt trời sang hydro phải đạt tối thiểu 10%, lý tưởng là 25%.
Hai là, tuổi thọ hoạt động liên tục của linh kiện phải đạt trên 10.000 giờ (tương đương khoảng 3 năm làm việc với điều kiện ước tính ánh sáng mặt trời chiếu 8 giờ/ngày).
Độ bền linh kiện được coi là yếu tố “nghẽn cổ chai” trong công nghệ hydro. Quan điểm của ông ra sao?
Đúng vậy, dù sử dụng những vật liệu được xem là “nồi đồng cối đá”, linh kiện có hiệu suất cao nhất hiện nay khoảng 30%, được phát triển bởi nhóm nghiên cứu của GS. Jaramillo tại Đại học Stanford, vẫn suy giảm hiệu suất rất nhanh. Sau 48 giờ vận hành, linh kiện bị mất gần 4% hiệu suất. Như vậy, về mặt hiệu suất, linh kiện của GS. Jaramillo vượt kỳ vọng 10% nhưng vẫn chưa thể đạt được tiêu chuẩn 10.000 giờ hoạt động liên tục như yêu cầu từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Độ bền là một rào cản lớn khiến các linh kiện sản xuất hydro xanh hiện nay khó thương mại hóa trên quy mô lớn – một bài toán mà cộng đồng khoa học toàn cầu đang loay hoay tìm lời giải.
Trong bối cảnh Việt Nam đã ban hành Chiến lược Phát triển hydro quốc gia, ông đánh giá thế nào về lực lượng và hệ sinh thái hiện có?
Đầu năm 2024, Việt Nam đã ban hành Chiến lược Phát triển hydro quốc gia, đặt mục tiêu sản xuất và xuất khẩu hydro xanh vào năm 2030. Nhưng 5 năm là thời gian không dài, năng lực nghiên cứu, làm chủ công nghệ trong nước còn rất hạn chế.
Nhóm của chúng tôi tại USTH hiện chỉ có 7 nhà nghiên cứu, 2 postdoc (người nghiên cứu sau tiến sĩ) và 4 nghiên cứu sinh – một con số rất khiêm tốn so với quy mô cần thiết. Tuy nhiên, điều mà chúng tôi tự hào là trong 10 năm qua đã giới thiệu hơn 40 bạn trẻ tài năng đi đào tạo tiến sĩ tại nước ngoài, trong đó phần lớn được đào tạo trong lĩnh vực năng lượng hydro, khử CO2. Đây là đội ngũ có thể huy động để tham gia một chương trình nghiên cứu, phát triển công nghệ năng lượng hydro tham vọng (nếu có).
Hiện nay, nhóm chúng tôi đang triển khai một dự án hợp tác quốc tế phát triển năng lượng hydro xanh, được Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu khoa học Pháp (CNRS) tài trợ giai đoạn 2025–2029. Dự án có sự tham gia của hai nhóm nghiên cứu tại Việt Nam và hai nhóm tại Pháp, trong đó có nhóm nghiên cứu của TS.Vincent Artero là một nhóm nghiên cứu năng lượng hydro xanh rất mạnh của Trung tâm Năng lượng nguyên tử và Năng lượng thay thế Pháp (CEA). Mục tiêu của chúng tôi là phát triển nghiên cứu, đào tạo nhân lực, chuẩn bị các điều kiện cần thiết để đến năm 2029 có thể thành lập một phòng thí nghiệm hỗn hợp quốc tế tại Việt Nam chuyên sâu về hydro.
Trong số những rào cản kỹ thuật hiện nay, yếu tố nào quyết định hiệu quả và tính khả thi của công nghệ hydro và ông đánh giá ra sao về hướng đi cho Việt Nam?
Một trong những yếu tố quyết định hiệu quả và tính khả thi của công nghệ hydro là vật liệu xúc tác. Hiện nay, chất xúc tác phổ biến nhất là platin – một kim loại quý hiếm và đắt đỏ. Ước tính nếu thay toàn bộ ô tô hiện có bằng xe chạy nhiên liệu hydro, trữ lượng platin toàn cầu (như đã biết hiện nay) sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm.
Hướng đi của chúng tôi là phát triển các loại xúc tác thay thế rẻ tiền hơn, chỉ sử dụng các nguyên tố phổ biến như sắt, cobalt, niken. Các xúc tác này được thiết kế dựa trên những hiểu biết về cấu trúc và cơ chế làm việc của các enzyme hydrogenase hoặc nitrogenase trong tự nhiên – là những xúc tác sinh học tuyệt vời có khả năng sinh hydro mà không cần tới platin. Chúng tôi đã chứng minh được khả năng hoạt động của các xúc tác này, dù hiệu suất còn thấp hơn platin. Tuy nhiên, lợi thế là rẻ hơn nhiều và Việt Nam hoàn toàn có thể tự chủ công nghệ này.
Nhóm của ông đã có những bước tiến nào từ nghiên cứu vật liệu đến linh kiện, thiết bị công nghệ hoàn chỉnh?
Chúng tôi không chỉ dừng lại ở nghiên cứu vật liệu, mà chủ động chế tạo linh kiện điện phân nước, “lá nhân tạo” và thử nghiệm ngay trong phòng thí nghiệm. Khi sử dụng xúc tác platin thương mại, linh kiện cho dòng điện ổn định suốt nhiều tháng. Nhưng khi thay bằng vật liệu không platin của chính mình, chỉ sau vài giờ, hiệu suất sụt giảm mạnh. Đây là thực tế khắc nghiệt, nhưng cũng cho thấy nếu không kiểm chứng liên tục thì rất khó để tiến xa về công nghệ.
Chúng tôi cũng đang hợp tác với nhóm nghiên cứu của TS. Vincent Artero tại CEA phát triển linh kiện “lá nhân tạo” – mô phỏng hoạt động của lá cây: hấp thụ ánh sáng mặt trời, phân ly nước tạo ra hydro và oxy. Với công nghệ đặc biệt, chỉ cần nhúng một tấm pin mặt trời vào một “dung dịch ma thuật” được chúng tôi khám phá, hai lớp xúc tác sẽ tự gắn lên hai mặt và biến tấm pin thành linh kiện lá nhân tạo hoàn chỉnh. Công nghệ này đã được CEA đánh giá như một trong những đột phá lớn.
Chưa dừng lại ở đó, chúng tôi tiếp tục thử nghiệm hệ thống “2 trong 1”: vừa phân ly nước tạo hydro, vừa khử CO2 thành CO, hướng tới sản xuất trực tiếp methanol từ năng lượng mặt trời, mở ra cơ hội lưu trữ năng lượng dưới dạng chất lỏng thay vì khí.
Theo ông, đâu là những khó khăn lớn nhất hiện nay với việc phát triển công nghệ hydro ở Việt Nam?
Tôi có thể chia sẻ 5 thách thức cốt lõi.
Thứ nhất, cộng đồng nghiên cứu mỏng và thiếu liên kết nội địa. Việt Nam hiện gần như chưa có một hệ sinh thái nghiên cứu đầy đủ về hydro. Phần lớn các hợp tác nghiên cứu hiện nay là với nước ngoài. Trong nước, tìm được 10 nhóm nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này là điều không dễ.
Thứ hai, câu chuyện chảy máu chất xám. Chúng tôi đã đào tạo nhiều nhân lực chất lượng cao, nhưng phần lớn đều lựa chọn sang Pháp, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc... để tiếp tục học tập, nghiên cứu. Các chương trình học bổng quốc tế luôn rất hấp dẫn, trong khi trong nước, chúng ta còn thiếu các chương trình học bổng sau đại học đủ sức hấp dẫn để các bạn trẻ giỏi cân nhắc ở lại.
Thứ ba, cơ sở hạ tầng nghiên cứu còn yếu. Lấy ví dụ như thiết bị phân tích XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) – một thiết bị không thể thiếu trong nghiên cứu vật liệu – vẫn chưa có ở Việt Nam. Do đó, các mẫu vật liệu phải gửi ra nước ngoài phân tích, đồng nghĩa với việc phải chia sẻ thông tin, khó giữ bí quyết công nghệ, thậm chí khó giữ được thông tin chúng ta đang làm gì.
Thứ tư, chúng ta thiếu chương trình nghiên cứu quốc gia quy mô lớn. Hiện tại, các đề tài vẫn manh mún, thiếu tầm nhìn tổng thể. Chúng ta cần một chương trình đầu tư dài hạn hướng tới nghiên cứu trình độ cao và đặt mục tiêu phát triển, làm chủ công nghệ năng lượng hydro.
Thứ năm, doanh nghiệp trong nước còn đứng ngoài cuộc. Các doanh nghiệp thường chỉ quan tâm khi công nghệ đã sẵn sàng để thương mại hóa. Nhưng nếu không đầu tư từ sớm, không thể có sản phẩm để chuyển giao. Công nghệ pin mặt trời mà chúng ta đang sử dụng hôm nay đã bắt đầu được nghiên cứu từ thập niên 1960. Nếu không đầu tư từ bây giờ, đến khi công nghệ hydro chín muồi, Việt Nam sẽ lại rơi vào thế bị động và chỉ còn lựa chọn duy nhất là mua công nghệ từ nước ngoài.
Với vai trò là nhà khoa học, ông kỳ vọng điều gì từ các nhà hoạch định chính sách và cộng đồng doanh nghiệp?
Tự chủ công nghệ năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng hydro không chỉ là bài toán kỹ thuật, mà còn là câu chuyện tầm nhìn, con người, hệ sinh thái và sự đồng hành. Nếu chúng ta hành động từ hôm nay, dù chỉ với những bước nhỏ, tương lai hydro tại Việt Nam hoàn toàn có thể là câu chuyện không còn quá xa vời.
VnEconomy 04/08/2025 07:00
Nội dung đầy đủ của bài viết được đăng tải trên Tạp chí Kinh tế Việt Nam số 31-2025 phát hành ngày 04/08/2025. Kính mời Quý độc giả tìm đọc tại đây:
https://premium.vneconomy.vn/dat-mua/an-pham/tap-chi-kinh-te-viet-nam-so-28.html
