Tin thị trường và sản phẩm

Bảo Hiền tổng hợp

Ngành sản xuất amoniac - nguyên liệu nền tảng cho phần lớn phân đạm tổng hợp trên thế giới - đang chứng kiến làn sóng nghiên cứu sôi động nhằm thay thế một phần quy trình Haber-Bosch truyền thống, vốn tồn tại hơn một thế kỷ nhưng gây phát thải lớn. Nhiều báo cáo và nghiên cứu khoa học công bố gần đây cho thấy bức tranh công nghệ đang phân hóa theo nhiều hướng khác nhau, mỗi hướng có mức độ sẵn sàng và bài toán kinh tế-kỹ thuật riêng.

Quy mô vấn đề: phát thải phân bón vượt cả ngành hàng không

Theo báo cáo của Viện Rocky Mountain (RMI, Mỹ), ngành phân bón hiện gây ra tổng phát thải khí nhà kính quy đổi CO2 lên tới 1,31 tỷ tấn mỗi năm - cao hơn tổng phát thải cộng gộp của cả ngành hàng không lẫn vận tải biển. Riêng khâu tổng hợp amoniac chiếm tới 84% lượng phát thải từ sản xuất, chủ yếu do nguồn hydro đầu vào chiết xuất từ khí tự nhiên qua phản ứng reforming hơi nước - công đoạn chiếm hơn 1% tổng phát thải khí nhà kính toàn cầu.

Amoniac xanh dùng điện phân: đường đi rõ ràng nhất nhưng chi phí cao

Hướng công nghệ trưởng thành nhất hiện nay là dùng điện tái tạo để điện phân nước tạo hydro, sau đó tổng hợp với nitơ theo quy trình Haber-Bosch truyền thống nhưng chạy bằng năng lượng sạch. Theo một nghiên cứu tổng quan đăng trên tạp chí International Journal of Hydrogen Energy, đây là con đường đã có tiến triển "không thể đảo ngược" tính đến đầu năm 2026, nhưng chi phí sản xuất amoniac điện phân hiện vẫn ở mức 680-900 USD/tấn - cao hơn đáng kể so với amoniac truyền thống - do chi phí tách khí và lưu trữ hydro còn lớn. Cùng nghiên cứu dự báo chi phí này có thể giảm xuống khoảng 400 USD/tấn vào năm 2030 khi công nghệ điện phân và giá điện tái tạo tiếp tục đi xuống.

Amoniac điện hóa: hiệu suất phòng thí nghiệm ấn tượng nhưng khó mở rộng quy mô

Thay vì tách riêng bước điện phân và Haber-Bosch, hướng điện hóa trực tiếp dùng dòng điện để khử nitơ thành amoniac trong một bước duy nhất. Theo nghiên cứu nói trên, phương pháp khử nitơ điện hóa - đặc biệt là kỹ thuật trung gian dùng lithi - đã đạt hiệu suất Faraday lên tới 100% trong một số thí nghiệm phòng thí nghiệm, nhưng việc mở rộng lên quy mô công nghiệp vẫn là thách thức lớn. Một nghiên cứu khác công bố tháng 6/2026 trên tạp chí Clean Energy (Oxford Academic) chỉ ra hạn chế kỹ thuật cụ thể: độ hòa tan của khí nitơ trong dung dịch điện phân rất thấp (khoảng 0,65 millimol/lít), khiến phản ứng phụ sinh khí hydro cạnh tranh trực tiếp với phản ứng tạo amoniac mong muốn - đây là một trong những rào cản kỹ thuật cốt lõi mà giới nghiên cứu vật liệu xúc tác (bao gồm cả các nhóm dùng trí tuệ nhân tạo để tìm vật liệu mới) đang cố gắng giải quyết.

Amoniac plasma: chi phí vẫn cao gấp nhiều lần Haber-Bosch

Công nghệ dùng lò phản ứng plasma để tổng hợp trực tiếp phân đạm từng ra đời trước cả Haber-Bosch (từ năm 1903) nhưng bị thay thế vì kém hiệu quả hơn. Một hướng đi mới đáng chú ý, theo bản tin khoa học của EurekAlert (dẫn một nghiên cứu tổng quan công bố cuối tháng 6/2026), là kết hợp hai bước: đầu tiên dùng plasma oxy hóa khí nitơ thành các oxit nitơ (đạt nồng độ NO tới 9.710 phần triệu với độ chọn lọc 94%), sau đó dùng phương pháp điện hóa hoặc quang hóa để khử các oxit này thành amoniac. Khi kết hợp cả hai bước plasma và quang hóa, nhóm nghiên cứu đạt tỷ lệ chuyển hóa NO 100%, độ chọn lọc amoniac 98,33%, và duy trì ổn định trong 240 giờ vận hành liên tục - một kết quả đáng chú ý về độ bền.

Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất vẫn là hiệu suất năng lượng của bước plasma còn rất thấp (chỉ 0,25-7%), khiến chi phí quy đổi mỗi kilogam amoniac theo phương pháp này dao động 1,8-2,5 USD/kg - cao gấp 2-5 lần so với mức 0,5-0,8 USD/kg của quy trình Haber-Bosch truyền thống. Nghiên cứu cũng lưu ý một vấn đề ít được chú ý: việc xác định chính xác nồng độ amoniac sinh ra ở mức thấp là bài toán khó, và phương pháp gắn nhãn đồng vị nitơ-15 hiện là cách duy nhất đủ tin cậy để xác nhận nguồn gốc thật của amoniac tạo ra, tránh kết quả dương tính giả - một lưu ý quan trọng về độ tin cậy của nhiều nghiên cứu công bố trong lĩnh vực này.

Amoniac quang hóa: nhiều vật liệu xúc tác đang được cấp bằng sáng chế song song

Theo phân tích bằng sáng chế của PatSnap công bố tháng 4/2026, hướng quang xúc tác - dùng vật liệu bán dẫn hấp thụ ánh sáng mặt trời để tách nước và khử nitơ - đang được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới theo đuổi song song với các vật liệu khác nhau: xúc tác gốc bismuth oxyhalide (Đại học Melbourne, Australia), vật liệu gốc titan dioxit (Đại học Tokyo, Nhật Bản), và bán dẫn bismuth có khiếm khuyết cấu trúc (Đại học Cát Lâm, Trung Quốc). Một số nhóm khác, như Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang Australia (CSIRO), đang phát triển tế bào quang điện hóa kết hợp cả cực quang dương để oxy hóa nước và cực âm xúc tác khử nitơ trong cùng một thiết bị - giúp loại bỏ nhu cầu dùng thiết bị điện phân riêng biệt, dù mức độ sẵn sàng công nghệ hiện vẫn thấp hơn các hướng điện hóa hay plasma.

Hướng đi khác: dùng xỉ nitride kim loại làm chất trung gian

Ngoài các hướng đã nêu, phân tích của PatSnap còn ghi nhận một cách tiếp cận khác gọi là "vòng lặp nhiệt hóa" (thermochemical looping): tách rời phản ứng giữa nitơ và hydro bằng cách dùng một hợp chất nitride kim loại rắn (như nitride vanadi hoặc hợp chất sắt-nitơ) làm chất trung gian lưu trữ nitơ tạm thời, thay vì để hai khí phản ứng trực tiếp với nhau như Haber-Bosch truyền thống. Một nghiên cứu tổng quan khác công bố giữa tháng 6/2026 trên tạp chí Processes cũng xếp phương pháp này vào nhóm các con đường công nghệ đáng chú ý, bên cạnh các hướng dùng khí hydro tái tạo, sinh khối và chất thải, điện hóa, quang xúc tác/quang điện hóa, plasma và sinh học - cho thấy bức tranh nghiên cứu hiện nay đã mở rộng ra rất nhiều nhánh công nghệ song song, thay vì chỉ tập trung vào một vài hướng chính.

Bài toán chung: hiệu quả kỹ thuật chưa đủ, còn cần tiêu chuẩn thị trường

Theo khảo sát của RMI với nhóm công tác gồm 14 doanh nghiệp và 10 nhóm chính sách tại Mỹ, ngay cả khi các vấn đề kỹ thuật kể trên được giải quyết, rào cản lớn nhất về phía cầu vẫn là giá cả cạnh tranh, và rào cản quan trọng thứ hai là việc thiếu tiêu chuẩn phân biệt phân bón carbon thấp trên thị trường - khiến người mua khó nhận biết và trả giá cao hơn cho sản phẩm ít phát thải hơn dù quy trình sản xuất không làm thay đổi tính chất hay cách sử dụng của phân bón thành phẩm.