Hydrogen trong luyện kim: DRI-H₂ và chiến lược sản xuất thép xanh toàn cầu

Hydrogen trong luyện kim: DRI-H₂ và chiến lược sản xuất thép xanh toàn cầu Hydrogen trong luyện kim – chỉ là một công nghệ mới nổi, hay là hướng đi chiến lược để tái định hình toàn bộ ngành thép? Trong bối cảnh thế giới đang chạy đua trung hòa carbon và áp lực từ các chính sách quốc tế như CBAM, IRA, hay ESG ngày càng siết chặt, việc tìm kiếm giải pháp thay thế cho than cốc – nguyên liệu truyền thống trong luyện gang – không còn là lựa chọn, mà là điều kiện để tồn tại trong chuỗi cung ứng toàn cầu. Hydro xanh (green hydrogen) – loại hydro được sản xuất từ năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời – đang trở thành “ứng viên” số một để thay thế carbon trong quá trình khử oxy từ quặng sắt. Với công nghệ DRI-H₂ (Direct Reduced Iron using Hydrogen), ngành luyện kim có cơ hội lần đầu tiên trong hơn 100 năm thoát khỏi sự phụ thuộc vào hóa thạch. Không chỉ mang tính kỹ thuật, hydro xanh còn là đòn bẩy chiến lược để các quốc gia và doanh nghiệp: Giảm mạnh phát thải khí nhà kính trong sản xuất thép. Giữ vững vị thế trên thị trường quốc tế khi các quy định môi trường ngày càng khắt khe. Tăng khả năng tiếp cận các gói tài chính xanh, đầu tư bền vững và ưu đãi thuế. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn góc nhìn toàn diện, thực tiễn và cập nhật nhất về: Cơ chế hoạt động và tiềm năng đột phá của công nghệ DRI-H₂. Những quốc gia và tập đoàn đang tiên phong đầu tư vào luyện kim bằng hydro. Những thách thức lớn đang cản trở lộ trình thương mại hóa. Và quan trọng nhất, Việt Nam cần làm gì để không bỏ lỡ cơ hội bước vào kỷ nguyên thép carbon thấp.

1. Vì sao hydro xanh trở thành yếu tố chiến lược trong ngành thép?

Ngành thép hiện nay chiếm gần 8% lượng phát thải CO₂ toàn cầu – một con số đáng báo động trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng. Nguồn phát thải chủ yếu đến từ các lò cao (blast furnace - BF) sử dụng than cốc, nơi diễn ra phản ứng khử oxy trong quặng sắt bằng carbon, sinh ra CO₂.

Trong mô hình truyền thống BF-BOF (basic oxygen furnace), cứ 1 tấn thép thành phẩm sẽ phát thải từ 1,8 – 2,2 tấn CO₂. Điều này khiến ngành thép trở thành mục tiêu siết chặt của các chính sách môi trường như CBAM (thuế carbon tại biên EU), hệ thống tín chỉ carbon, và các chương trình tài chính ESG toàn cầu.

Trong bối cảnh đó, hydro – đặc biệt là hydro xanh, trở thành lựa chọn thay thế đáng tin cậy nhất nhờ khả năng khử quặng sắt mà không sinh ra CO₂, đồng thời có thể tích hợp vào mô hình sản xuất mới như DRI + EAF (sắt hoàn nguyên + lò điện hồ quang).

2. Công nghệ DRI-H₂ là gì? Tại sao đây là cuộc cách mạng của ngành luyện kim?

DRI-H₂ (Direct Reduced Iron using Hydrogen) là công nghệ sản xuất sắt xốp bằng cách sử dụng hydro làm chất khử, thay vì khí CO từ than đá hay khí thiên nhiên.

Quy trình kỹ thuật:

Quặng sắt (Fe₂O₃) được đưa vào lò hoàn nguyên dạng trục đứng (shaft furnace).
Hydro ở nhiệt độ cao (500–1000°C) được đưa vào, phản ứng với quặng sắt: Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O
Sản phẩm tạo ra là sắt xốp (sponge iron) có thể dùng trực tiếp trong lò EAF để luyện thành thép.

Ưu điểm vượt trội:

Giảm đến 95% lượng CO₂ phát thải.
Không phụ thuộc vào nguyên liệu hóa thạch.
Có thể tích hợp với điện tái tạo và công nghệ lưu trữ năng lượng.

DRI-H₂ không chỉ đơn thuần là cải tiến công nghệ – nó mở ra khả năng sản xuất thép xanh, yếu tố ngày càng được thị trường quốc tế xem là điều kiện bắt buộc để tham gia chuỗi cung ứng.

3. Ai đang dẫn đầu xu hướng? Các dự án tiêu biểu toàn cầu

Châu Âu:

HYBRIT (Thụy Điển): Hợp tác giữa SSAB, LKAB, và Vattenfall, đã sản xuất lô thép đầu tiên bằng hydro vào năm 2021. Mục tiêu thương mại hóa 100% thép không carbon vào 2030.
Salzgitter (Đức): Triển khai mô hình SALCOS, sử dụng hydro và EAF, với tổng đầu tư hơn 1 tỷ euro.

Trung Đông:

UAE, Ả Rập Xê-út: Đầu tư vào các dự án “giá trị kép” – luyện thép bằng hydro sản xuất từ điện mặt trời.

Doanh nghiệp toàn cầu:

ArcelorMittal, POSCO, Nippon Steel, Tata Steel: đều đã công bố chiến lược cắt giảm 30–50% phát thải vào 2030, trong đó hydro là trụ cột công nghệ chính.

4. Những rào cản kỹ thuật và kinh tế

Dù giàu tiềm năng, nhưng công nghệ DRI-H₂ hiện vẫn đối mặt với nhiều rào cản:

4.1 Chi phí sản xuất hydro xanh còn cao:

Hiện tại, 1 kg hydro xanh có giá ~5–6 USD, trong khi hydro xám từ khí thiên nhiên chỉ ~1,5 USD.
Để DRI-H₂ cạnh tranh, cần hạ giá điện tái tạo và tăng hiệu suất điện phân nước.

4.2 Cơ sở hạ tầng chưa sẵn sàng:

Phân phối hydro yêu cầu mạng lưới đường ống, trạm nén, lưu trữ riêng biệt – rất tốn kém.

4.3 Yêu cầu tái cấu trúc toàn bộ dây chuyền:

Từ lò cao, hệ thống khí thải, cơ sở dữ liệu truy xuất phát thải đều cần nâng cấp hoặc thay mới.

4.4 Thiếu tiêu chuẩn hóa quốc tế:

Việc xác minh “thép xanh”, đánh giá vòng đời (LCA), và cấp tín chỉ carbon vẫn còn phân mảnh.

5. Việt Nam cần chuẩn bị gì để đáp ứng xu hướng?

Việt Nam là quốc gia sản xuất thép lớn thứ 13 thế giới (2023), với hệ thống sản xuất còn phụ thuộc vào than cốc và nguyên liệu nhập khẩu. Nếu không chuyển đổi, ngành thép trong nước có thể bị loại khỏi thị trường EU và Nhật Bản khi các chính sách phát thải có hiệu lực vào 2026.

Cơ hội:

Việt Nam có tiềm năng lớn về điện gió và mặt trời → thuận lợi sản xuất hydro xanh nội địa.
Tham gia sớm xu hướng DRI-H₂ có thể giúp định vị “thép carbon thấp” Made in Vietnam.

Hướng đi khả thi:

Tăng cường cải tiến công nghệ EAF, nâng hiệu suất luyện từ sắt xốp.
Hợp tác trong các chương trình thử nghiệm DRI-H₂ với các đối tác quốc tế.
Khởi đầu bằng DRI sử dụng khí tự nhiên (hybrid), trước khi chuyển sang hydro xanh 100%.

Kết luận: Cơ hội vàng trong thách thức

Thế giới đang bước vào giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ để hướng tới một nền công nghiệp thép xanh. Công nghệ luyện kim bằng hydro – đặc biệt là DRI-H₂ – chính là chìa khóa mở cánh cửa tương lai đó.

Với các doanh nghiệp Việt Nam, đây là cơ hội vàng để đi trước trong đổi mới công nghệ, nâng cao năng lực cạnh tranh và duy trì khả năng tiếp cận thị trường quốc tế. Dù hành trình DRI-H₂ còn nhiều rào cản, nhưng chần chừ sẽ khiến doanh nghiệp trả giá bằng việc bị loại khỏi các chuỗi giá trị toàn cầu đang tái cấu trúc theo hướng phát thải thấp.

Bạn muốn tìm hiểu thêm về các công nghệ thép xanh, tiêu chuẩn xuất khẩu mới và cách doanh nghiệp Việt có thể thích ứng? ???? Đừng bỏ lỡ các bài viết chuyên sâu tiếp theo từ Inox Dương Đại tại mục [Tin tức ngành thép] và [Giải pháp gia công kim loại tấm].