Form Energy và công nghệ pin sắt: Giải pháp lưu trữ năng lượng 100 giờ cho tương lai

Form Energy đang phát triển loại pin dựa trên sắt có khả năng lưu trữ năng lượng trong nhiều ngày, sử dụng quy trình "gỉ sét thuận nghịch". Công ty đang mở rộng sản xuất tại nhà máy ở West Virginia và ký kết các thỏa thuận thương mại lớn. Công nghệ này hứa hẹn giải quyết bài toán lưu trữ năng lượng tái tạo dài hạn với chi phí thấp hơn đáng kể so với pin lithium-ion.

Các thành viên nhóm Form Energy làm việc tại nhà máy Form Factory

Bài toán lưu trữ năng lượng tái tạo

Các nhà máy điện mặt trời và gió mới hiện nay sản xuất điện với chi phí rẻ hơn nhiên liệu hóa thạch ở hầu hết các khu vực. Tuy nhiên, sản lượng của chúng biến động theo mùa, thời điểm trong ngày và điều kiện thời tiết.

Để bù đắp sự biến động này, các công ty điện lực ngày càng đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin, có thể sạc khi nguồn điện dồi dào và xả khi lưới điện cần bổ sung. Pin lithium-ion là công nghệ lưu trữ phát triển nhanh nhất hiện nay, nhưng chúng có nhược điểm: nhẹ và mật độ năng lượng cao nhưng đòi hỏi kim loại đắt tiền, khó mở rộng quy mô, và hiếm có loại pin lớn nào được thiết kế để lưu trữ năng lượng quá bốn đến sáu giờ.

Công nghệ "gỉ sét thuận nghịch" của Form Energy

Form Energy muốn xây dựng công nghệ lưu trữ năng lượng dài hạn với chi phí rẻ hơn. Công ty đã phát triển một loại pin mới, được chế tạo từ sắt — kim loại phổ biến và rẻ hơn nhiều — có khả năng lưu trữ năng lượng trong 100 giờ.

Công nghệ này sử dụng quy trình mà Form gọi là "gỉ sét thuận nghịch" (reversible rusting):

• Khi xả điện: Oxy từ không khí chuyển đổi kim loại sắt thành gỉ sét, giải phóng electron.
• Khi sạc: Dòng điện chuyển đổi gỉ sét trở lại thành kim loại sắt.

Đây là một cách tiếp cận hoàn toàn khác biệt so với pin lithium-ion truyền thống, sử dụng vật liệu dễ kiếm và có thể mở rộng quy mô sản xuất.

Tiến triển thương mại

Trong hai năm qua, Form Energy đã đạt được những bước tiến thương mại đáng kể. Công ty bắt đầu sản xuất pin tại nhà máy ở West Virginia cho triển khai thương mại đầu tiên — hệ thống 150 megawatt-giờ cho nhà cung cấp điện Great River Energy ở Minnesota, dự kiến đi vào hoạt động năm 2027.

Form cũng đã ký nhiều thỏa thuận khác với các nhà cung cấp điện. Lớn nhất là dự án với Xcel Energy — một công ty điện lực khác ở Minnesota — nơi năng lượng gió và mặt trời, được hỗ trợ bởi 30 gigawatt-giờ pin của Form, sẽ cung cấp điện cho một trung tâm dữ liệu Google mới. Dự án này dự kiến triển khai theo từng giai đoạn từ năm 2028 đến 2031.

Chỉ số chính

• Ngành: Lưu trữ năng lượng
• Thành lập: 2017
• Trụ sở: Somerville, Massachusetts, Mỹ
• Điểm đáng chú ý: Khi hoàn thành, hệ thống lưu trữ năng lượng 30 GWh tại trung tâm dữ liệu Google ở Minnesota có thể là dự án pin lớn nhất thế giới tính theo dung lượng năng lượng.

Tiềm năng tác động

Năng lượng gió và mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế tăng trưởng khí thải CO2 toàn cầu. Tuy nhiên, nhiều nhà vận hành lưới điện vẫn phụ thuộc vào các nhà máy nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là nhà máy khí tự nhiên, để bù đắp khoảng trống khi nguồn tái tạo thấp hoặc nhu cầu cao.

Pin của Form được thiết kế để giải quyết mất cân bằng cung-cầu kéo dài nhiều ngày, như trong các đợt nắng nóng, giá rét sâu, hoặc giai đoạn ít nắng gió. Công ty từ chối chia sẻ chi phí hiện tại của hệ thống pin nhưng cho biết mục tiêu là đạt 20 USD/kWh, giúp chúng cạnh tranh về chi phí với khí tự nhiên.

Công nghệ của công ty có thể giúp giảm khí thải từ làn sóng bùng nổ trung tâm dữ liệu AI. Nhu cầu năng lượng của AI đã trì hoãn việc đóng cửa các nhà máy than cũ, dẫn đến việc xây dựng nhà máy khí tự nhiên mới và gây tăng giá cho người tiêu dùng. Lưu trữ năng lượng giá rẻ có thể giúp năng lượng tái tạo đáp ứng nhiều hơn nhu cầu điện do AI thúc đẩy.

Thách thức còn tồn tại

Thị trường lưu trữ năng lượng dài hạn vẫn còn non trẻ. Công nghệ sắt-không khí của Form phải đối mặt với nhiều hướng tiếp cận cạnh tranh, bao gồm:

• Thủy điện tích năng
• Khí nén
• Pin nhiên liệu
• Thiết bị trọng lực
• Pin dòng chảy lưu trữ năng lượng trong chất lỏng

Kinh tế học của pin nhiều ngày vẫn còn phức tạp — chúng đòi hỏi chi phí đầu tư lớn nhưng thường xuyên nằm không. Mặc dù nguồn tài trợ từ các nhà phát triển trung tâm dữ liệu có thể là cú hích lớn, Form cũng phải chứng minh khả năng giao hàng: năng lực sản xuất hiện tại của công ty là 2 gigawatt-giờ pin mỗi năm, chỉ là một phần nhỏ so với 80 gigawatt-giờ mà họ đã cam kết qua các thỏa thuận thương mại.

Một câu hỏi khác là dấu chân vật lý của công nghệ này. Pin của Form, được xếp chồng trong các thùng có kích thước container vận chuyển, cần một mẫu Anh cho mỗi hai đến ba megawatt. Điều đó có nghĩa là dự án Google của họ sẽ chiếm diện tích tương đương ít nhất 75 sân bóng đá.

Bước tiếp theo

Ngoài việc hoàn thiện dự án thương mại đầu tiên, Form đang trang bị thêm thiết bị mới cho nhà máy để mở rộng sản xuất đáp ứng lượng đơn hàng tồn đọng. Công ty sẽ thực hiện điều này nhờ nguồn tài trợ mới công bố hồi tháng 8, nâng tổng số vốn huy động (cùng với các khoản tài trợ từ bang West Virginia và liên bang Mỹ) lên hơn 2 tỷ USD.