Electrolyzer đã thay đổi khá ít trong một thế kỷ: Hysata dùng hiệu ứng mao dẫn để đưa green hydrogen từ lab ra nhà máy

Một thiết kế electrolyzer bắt đầu từ phòng thí nghiệm của University of Wollongong đang bước vào giai đoạn khó hơn nhiều: phải chứng minh rằng hiệu suất rất cao ở cấp cell có thể trở thành một sản phẩm công nghiệp được sản xuất lặp lại, vận hành ngoài hiện trường và đủ tin cậy để khách hàng đặt hàng theo megawatt.

Ngày 18/9/2026, Australian Renewable Energy Agency (ARENA) công bố khoản hỗ trợ lên tới 49 triệu AUD cho Hysata để thiết lập dây chuyền sản xuất electrolyzer quy mô thương mại tại Port Kembla, New South Wales. Dự án trị giá 98 triệu AUD dự kiến tạo công suất sản xuất ban đầu 50 MW electrolyzer mỗi năm và được thiết kế để có thể tăng lên 200 MW/năm khi nhu cầu đủ lớn. Đây chưa phải một nhà máy gigawatt và cũng chưa chứng minh công nghệ đã thắng trên thị trường, nhưng nó đánh dấu khoảng cách rõ ràng với nơi câu chuyện bắt đầu: một cell điện phân nhỏ trong lab vào năm 2022.

Điểm Hysata thay đổi không phải phản ứng hóa học, mà là cách đưa nước tới điện cực

Điện phân nước là một công nghệ rất cũ. Hai điện cực, một chất điện phân và dòng điện là đủ để tách nước thành hydrogen và oxygen. Các electrolyzer thương mại đã cải thiện vật liệu, catalyst, màng ngăn, mật độ dòng và hệ thống phụ trợ qua nhiều thập kỷ, nhưng kiến trúc cơ bản vẫn thường để điện cực tiếp xúc với một pha lỏng lớn. Khi hydrogen và oxygen hình thành, khí xuất hiện dưới dạng bọt ngay trên bề mặt điện cực.

Hysata xuất phát từ một câu hỏi khác: nếu không để bọt khí chiếm bề mặt điện cực thì sao?

Trong paper đăng trên Nature Communications năm 2022, nhóm của Gerhard Swiegers tại University of Wollongong mô tả một capillary-fed electrolysis cell. Thay vì nhúng toàn bộ vùng phản ứng trong dung dịch điện phân, một separator xốp và ưa nước có đầu dưới cắm vào bể chứa dung dịch KOH. Hiệu ứng mao dẫn tự kéo chất lỏng đi lên bên trong separator. Hai điện cực xốp ép vào hai mặt separator ở phía trên mức chất lỏng và nhận một lớp điện phân mỏng theo phương ngang.

Có thể hình dung separator này giống một bấc hút chất lỏng. Nước được cấp liên tục đến đúng nơi phản ứng xảy ra, trong khi khí tạo thành có đường thoát trực tiếp ra phía ngoài điện cực thay vì phải nổi xuyên qua một khối chất lỏng.

Sự thay đổi hình học đó giải quyết hai nguồn tổn hao cùng lúc. Thứ nhất, separator có thể có điện trở ion thấp hơn. Thứ hai, vận hành gần như không có bọt khí giúp giảm phần diện tích điện cực bị che chắn và tránh dòng hai pha ngược chiều — nước đi tới điện cực trong khi bọt khí cố rời khỏi nó — vốn xuất hiện trong electrolyzer truyền thống.

98% hiệu suất là kết quả ở cấp cell, không phải toàn bộ nhà máy

Con số khiến Hysata được chú ý đến từ thử nghiệm năm 2022. Ở 85°C và mật độ dòng 0,5 A/cm², cell mao dẫn cần điện áp khoảng 1,506 V, tương ứng với 98% hiệu suất năng lượng theo HHV và mức tiêu thụ 40,4 kWh cho mỗi kg hydrogen. Trong so sánh của paper, các cell alkaline và PEM thương mại đại diện cho trạng thái kỹ thuật khi đó tiêu thụ khoảng 47,5 kWh/kg ở cấp cell.

Điểm cần tách bạch là paper đo cell. Một hệ thống sản xuất hydrogen ngoài thực tế còn có nguồn điện, bơm, làm mát, xử lý khí, điều khiển và các thành phần balance-of-plant khác. Hysata hiện công bố mục tiêu và hiệu suất hệ thống ở mức 95%, tương đương 41,5 kWh/kg H₂; con số này cũng được ARENA sử dụng trong các tài liệu dự án. Nó không nên bị đánh đồng với phép đo 98% của cell trong paper.

Kiến trúc mao dẫn còn có một lợi thế hệ thống tiềm năng. Vì khí không được tạo thành dưới dạng bọt nằm trong dòng chất lỏng, paper cho rằng thiết kế có thể bỏ bớt một số thiết bị dùng để tuần hoàn electrolyte và tách khí-lỏng. Ít tổn hao điện trở hơn cũng đồng nghĩa ít nhiệt thải hơn, từ đó giảm yêu cầu làm mát. Nếu các lợi thế này giữ được ở quy mô lớn, Hysata không chỉ tiết kiệm điện mà còn có thể đơn giản hóa balance-of-plant.

Từ một cell trong lab tới đơn hàng megawatt mất bốn năm

Hysata được thành lập năm 2021 để thương mại hóa nghiên cứu của University of Wollongong. Quá trình scale-up sau đó không phải đường thẳng. Một chương trình được ARENA hỗ trợ ban đầu dự kiến đưa hệ thống 5 MW tới khu vực Stanwell Power Station ở Queensland. Nhưng sau khi chính quyền bang Queensland dừng đầu tư vào hydrogen vào đầu năm 2025 và địa điểm trình diễn liên quan không tiếp tục, Hysata phải điều chỉnh dự án sang địa điểm khác. Hồ sơ ARENA hiện mô tả một hệ thống khoảng 1 MW sẽ được vận hành tại Port Kembla để thu dữ liệu trong điều kiện thực tế.

Song song, công ty còn có chương trình 200 kW trong khuôn khổ hợp tác Australia–Đức. Hệ thống được thiết kế để trải qua thử nghiệm với đối tác thương mại và sau đó được kiểm chứng tại Forschungszentrum Jülich. Những dự án kiểu này quan trọng vì khách hàng công nghiệp không mua electrolyzer chỉ dựa trên một đường cong hiệu suất đẹp; họ cần dữ liệu về độ bền, độ tinh khiết khí, khả năng vận hành lâu dài, lịch bảo trì và hiệu suất khi công suất thay đổi.

Tháng 6/2026, Hysata cho biết đã nhận đơn hàng thương mại đầu tiên ở quy mô megawatt. Khách hàng chưa được công bố, nhưng hệ thống dự kiến giao trong nửa đầu năm 2027 cho một ứng dụng công nghiệp khó giảm phát thải. Công ty cũng nói đã hoàn thành một thử nghiệm kéo dài sáu tháng với ACWA Power tại Saudi Arabia trước đó.

Điều này đưa Hysata sang một giai đoạn khác: từ chứng minh vật lý của cell sang chứng minh rằng sản phẩm có thể được chế tạo, giao hàng và vận hành theo yêu cầu của khách hàng.

Dây chuyền 50 MW/năm là bài kiểm tra về manufacturing, không chỉ điện hóa học

Dự án mới của ARENA đặt trọng tâm đúng vào khoảng trống này. Theo hồ sơ dự án Port Kembla, Hysata sẽ thiết kế, lắp đặt, commissioning và qualify một dây chuyền có khả năng sản xuất 50 MW electrolyzer mỗi năm trên một ca làm việc. Công ty cũng phải thiết lập quy trình chất lượng, qualify chuỗi cung ứng và chế tạo hai hệ thống megawatt đầu tiên cho khách hàng.

Với một công nghệ điện hóa mới, đây là phần khó bị che khuất khi chỉ nhìn vào hiệu suất. Một separator hoạt động tốt trong vài cell chưa chắc có thể được sản xuất với độ dày, độ xốp, khả năng thấm ướt và độ bền giống nhau trên hàng nghìn đơn vị. Tương tự, áp lực tiếp xúc giữa điện cực và separator, độ kín khí, sai số lắp ráp và sự phân bố dòng có thể trở thành vấn đề khi chuyển từ mẫu thử sang stack lớn.

ARENA vì thế không chỉ tài trợ máy móc. Hồ sơ dự án nói rõ mục tiêu là tạo ra quy trình sản xuất lặp lại, hệ thống kiểm soát chất lượng và dữ liệu vận hành thương mại cần thiết để công nghệ đạt mức “bankable” — tức đủ bằng chứng để khách hàng, ngân hàng và nhà đầu tư chấp nhận rủi ro của những dự án lớn hơn.

Dây chuyền 50 MW/năm cũng nên được hiểu đúng: đó là năng lực sản xuất thiết bị electrolyzer, không phải một nhà máy tạo ra 50 MW điện hay 50 MW hydrogen liên tục. ARENA cho biết dây chuyền có thể mở rộng tới 200 MW/năm bằng vận hành nhiều ca khi nhu cầu tăng; dự án hiện có thời hạn tới tháng 1/2029.

Điện rẻ vẫn chưa đủ nếu electrolyzer lãng phí quá nhiều

Chi phí điện là một trong những thành phần lớn nhất của green hydrogen. Điều đó khiến hiệu suất có tác động trực tiếp lên economics: cùng một lượng điện tái tạo, một hệ thống tiêu thụ ít kWh hơn cho mỗi kg hydrogen sẽ cho nhiều sản lượng hơn và giảm lượng điện tái tạo cần xây để đạt cùng công suất hydrogen.

Đây là lý do hướng đi của Hysata đáng chú ý hơn một kỷ lục hiệu suất riêng lẻ. Công ty không thay phản ứng điện phân bằng một chemistry mới; họ thay đổi kiến trúc cấp chất lỏng để xử lý một nguồn tổn hao đã tồn tại lâu trong electrolyzer. Nếu kết quả ở cấp cell và pilot giữ được khi sản xuất hàng loạt, lợi ích sẽ xuất hiện ở cả điện năng tiêu thụ lẫn quy mô của hệ thống phụ trợ.

Nhưng đến tháng 9/2026, câu chuyện vẫn đang ở điểm chuyển tiếp chứ chưa kết thúc. Đơn hàng megawatt đầu tiên chưa được giao, dây chuyền 50 MW/năm còn phải được xây dựng và qualify, còn dữ liệu vận hành dài hạn từ các hệ thống thương mại vẫn là thứ thị trường cần nhìn thấy. Với Hysata, bước tiếp theo không còn là chứng minh hiệu ứng mao dẫn có thể tạo ra một cell rất hiệu quả. Bài toán bây giờ là chứng minh rằng cùng kiến trúc đó có thể được sản xuất hàng nghìn lần với cùng chất lượng, chạy đủ lâu và rẻ đủ để green hydrogen cạnh tranh trong những ngành thực sự cần nó.