Quy trình Haber-Bosch, được phát triển vào năm 1914, là một trong những phát minh quan trọng nhất trong lịch sử nhân loại. Bằng cách cho phép tổng hợp amoniac trên quy mô lớn từ nitơ và hydro, nó đã tạo điều kiện cho nền nông nghiệp hiện đại phát triển.
Hiện nay, phân bón có nguồn gốc từ amoniac nuôi sống khoảng một nửa dân số thế giới. Nhưng tầm quan trọng chiến lược của amoniac không còn chỉ giới hạn ở sản xuất lương thực. Nó đang nổi lên như một ứng cử viên hàng đầu cho nhiên liệu hàng hải không phát thải carbon, một chất mang khả thi để vận chuyển hydro trên quãng đường dài và một phương tiện lưu trữ năng lượng tiềm năng cho các hệ thống năng lượng tái tạo. Mỗi vai trò đó đều trở nên cấp thiết hơn khi những cú sốc liên tiếp về nguồn cung nhiên liệu, do sự gián đoạn địa chính trị trên các hành lang năng lượng quan trọng, đã phơi bày sự mong manh của việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong chuỗi cung ứng toàn cầu.
Trong bối cảnh đó, thực tế là việc sản xuất amoniac chiếm gần 2% tổng lượng khí thải nhà kính toàn cầu và hầu như không có thay đổi cơ bản nào trong một thế kỷ qua, điều này vừa là một vấn đề vừa là một cơ hội có quy mô đáng kể.
Karen Baert, giám đốc điều hành kiêm đồng sáng lập của Ammobia có trụ sở tại San Francisco , tin rằng giải pháp không nằm ở việc thay thế Haber-Bosch mà là tái tạo lại nó. Công ty gọi cách tiếp cận của mình là Haber-Bosch 2.0. Vào tháng 1, họ đã hoàn tất vòng gọi vốn hạt giống trị giá 7.5 triệu đô la Mỹ được hỗ trợ bởi Shell Ventures, ALIAD (cánh tay đầu tư mạo hiểm của Air Liquide), Chevron Technology Ventures và MOL Switch, cánh tay đầu tư mạo hiểm của tập đoàn vận tải biển Nhật Bản Mitsui OSK Lines.
Cơ hội amoniac
Amoniac là hóa chất được sản xuất nhiều thứ hai trên Trái đất. Thị trường truyền thống của nó, tập trung vào phân bón nitơ, có giá trị khoảng 100 tỷ đô la mỗi năm. Nhưng các ứng dụng mới nổi đang thúc đẩy dự báo về sự tăng trưởng đáng kể. Tài liệu dành cho nhà đầu tư của Ammobia ước tính thị trường tiềm năng đạt 400 tỷ đô la khi amoniac mở rộng sang vai trò nhiên liệu sạch và chất mang năng lượng. Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự báo rằng amoniac có thể chiếm 8% nhu cầu nhiên liệu hàng hải vào năm 2030 và lên tới 46% vào năm 2050, khi ngành vận tải biển nỗ lực đáp ứng mục tiêu không phát thải ròng của Tổ chức Hàng hải Quốc tế đối với đội tàu toàn cầu.
Việc sử dụng amoniac làm nhiên liệu hàng hải dựa trên một lợi thế thực tiễn: không giống như hydro, nó có thể được lưu trữ và vận chuyển ở dạng lỏng với áp suất tương đối thấp, sử dụng cơ sở hạ tầng một phần trùng lặp với mạng lưới hậu cần hóa chất và khí hóa lỏng (LPG) hiện có. Là chất mang hydro, nó cung cấp một con đường để vận chuyển hydro xanh được sản xuất ở các khu vực có nguồn tài nguyên tái tạo dồi dào đến các trung tâm công nghiệp nằm xa các nguồn này. Cả hai chức năng đều phụ thuộc vào cùng một điều kiện cơ bản: amoniac có thể được sản xuất với chi phí cạnh tranh và lượng khí thải thấp hơn đáng kể so với quy trình tiêu chuẩn hiện nay. Đó chính là khoảng trống mà Ammobia đang cố gắng thu hẹp.
Vì sao amoniac thông thường lại khó khử cacbon đến vậy?
Quy trình Haber-Bosch truyền thống hoạt động ở áp suất khoảng 200 bar và nhiệt độ từ 500 đến 600 độ C. Những điều kiện khắc nghiệt đó đòi hỏi vốn đầu tư khổng lồ, sản xuất tập trung quy mô lớn và nguyên liệu đầu vào gần như hoàn toàn phụ thuộc vào khí đốt tự nhiên hoặc than đá. “Xây dựng một nhà máy amoniac mới cần khoảng hơn một tỷ đô la đầu tư,” Baert nói với Climate Solutions News. “Một khu phức hợp amoniac là loại khu phức hợp mà bạn chỉ mất vài phút để đi vòng quanh.”
Quy mô vật lý và kinh tế đó đã khiến việc đổi mới có ý nghĩa trở nên khó khăn. Ngành công nghiệp này đã dành cả thế kỷ để tối ưu hóa dựa trên cùng một phản ứng hóa học cơ bản thay vì đặt câu hỏi về nó. Khi Ammobia được thành lập bốn năm trước, Baert cho biết chỉ có một công ty khởi nghiệp khác trên toàn cầu đang nghiên cứu các phương pháp mới để sản xuất amoniac. Lĩnh vực này kể từ đó đã phát triển, với một số công ty theo đuổi các phương pháp điện hóa phù hợp hơn với các ứng dụng quy mô nhỏ. Nhưng con đường nhiệt hóa của Ammobia, với việc giảm đáng kể các điều kiện vận hành, vẫn là một lĩnh vực gần như không có đối thủ cạnh tranh.
Karen Baert (phải) và Tristan Gilbert, những người đồng sáng lập Ammobia.
Ammobilia thực sự làm gì khác biệt?
Điểm đột phá của Ammobia nằm ở việc bổ sung các vật liệu mới vào lò phản ứng amoniac. Những vật liệu này cho phép quá trình tổng hợp diễn ra ở áp suất từ 20 đến 60 bar thay vì mức 200 bar thông thường, và ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 150 độ C so với tiêu chuẩn hiện nay.
Kết quả là một đơn vị sản xuất mà Ammobia ước tính có thể được xây dựng với chi phí đầu tư chỉ bằng khoảng một nửa so với một cơ sở thông thường. Ông Baert cho biết: “Đơn giản là do nhiệt độ và áp suất thấp hơn, bạn có thể sử dụng ít vật liệu hơn, vật liệu rẻ hơn, ít máy nén hơn, máy nén rẻ hơn”.
Công nghệ này cũng được thiết kế theo dạng mô-đun. Trong khi các nhà máy sản xuất amoniac hiện nay cần những khu vực tập trung rộng lớn, hệ thống của Ammobia được xây dựng trên các mô-đun tiêu chuẩn có thể vận chuyển, xếp chồng và triển khai gần điểm tiêu thụ. Tính mô-đun đó không chỉ đơn thuần là sự thuận tiện về mặt hậu cần. Nó giải quyết một trong những điểm thiếu hiệu quả ít được chú ý của chuỗi cung ứng hiện tại: khi amoniac được sản xuất tại một cơ sở tập trung đến tay khách hàng cuối cùng bằng tàu hoặc xe tải, chi phí thực tế có thể gấp hai đến ba lần giá sản xuất. Các nhà máy nhỏ hơn đặt gần điểm tiêu thụ sẽ giảm đáng kể gánh nặng đó.
Chi phí đang thắng thế trong cuộc tranh luận.
Khi được hỏi liệu việc giảm chi phí hay giảm phát thải là yếu tố thuyết phục hơn đối với khách hàng tiềm năng, Baert đã trả lời thẳng thắn: “Trong bối cảnh kinh tế vĩ mô hiện nay, chi phí chắc chắn là điều đầu tiên mà mọi người quan tâm.” Điều này phù hợp với xu hướng rộng hơn trong quá trình khử carbon công nghiệp: các công nghệ sạch không thể cạnh tranh về giá sẽ phải đối mặt với cuộc chiến thương mại khó khăn bất kể những ưu điểm về môi trường của chúng.
Lập luận của Ammobia là hai mục tiêu này không mâu thuẫn. Vị trí gần với nhu cầu đã giúp quy trình của họ cạnh tranh về chi phí trong nhiều trường hợp. Hơn nữa, sự biến động gần đây trên thị trường nhiên liệu hóa thạch đã làm thay đổi thêm tính toán. Sự gián đoạn nguồn cung do bất ổn địa chính trị đã đẩy giá amoniac thông thường lên cao trong khi dự báo về chi phí sản xuất amoniac sạch tiếp tục giảm. Ông Baert nhận xét: “Lần đầu tiên trong lịch sử, amoniac truyền thống được sản xuất từ khí đốt tự nhiên hoặc than đá ở nhiều nơi trên thế giới đắt hơn so với dự báo chi phí amoniac sạch cho một số nhà máy sản xuất amoniac sạch quy mô lớn đầu tiên ở Trung Quốc, Trung Đông và các nơi khác.”
Hệ thống thương mại đầu tiên của công ty, hướng đến việc triển khai tạo doanh thu với khách hàng, dự kiến sẽ ra mắt vào năm 2028. Một cơ sở thí điểm ở cấp độ TRL 6, cấp độ sẵn sàng công nghệ để trình diễn nguyên mẫu quy mô đầy đủ, dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong mùa hè này.
Một thị trường đang trên đà mở rộng.
Quá trình chuyển đổi hàng hải từ nhiên liệu hóa thạch đang diễn ra nhanh hơn dự đoán của những người hoài nghi cách đây một thập kỷ. Ông Baert chỉ ra những bằng chứng cụ thể. Công ty vận tải biển Bỉ Exmar đã đặt tên cho hai tàu biển chạy bằng nhiên liệu kép amoniac đầu tiên trên thế giới, Antwerpen và Arlon, tại xưởng đóng tàu Ulsan của HD Hyundai vào tháng 4 , dự kiến giao hàng vào cuối năm nay. HD Hyundai đã nhận được đơn đặt hàng cho tổng cộng tám tàu chạy bằng amoniac. Hai tàu của Exmar là những chiếc đầu tiên trong loạt bốn tàu và đánh dấu sự hoàn thành của một chương trình phát triển chung được khởi động hơn ba năm rưỡi trước.
“Ngành công nghiệp hàng hải có một sức hút đặc biệt,” ông Baert nói. “Chúng ta cần giảm phát thải carbon vào năm 2050, và năm 2050 chỉ còn cách một vòng đời của con tàu. Nó thực sự đang đến rất gần.” Tốc độ đặt hàng cho thấy ngành công nghiệp đã tiếp thu được logic đó. Với nhu cầu phân bón ổn định tạo nền tảng thương mại vững chắc và các ứng dụng năng lượng đang tăng tốc, luận điểm về sản xuất chi phí thấp, phát thải carbon thấp ngày càng trở nên thuyết phục hơn qua từng năm.
Quy trình của Ammobia được thiết kế theo dạng mô-đun và có thể mở rộng theo nhu cầu.
Vì sao cơ cấu nhà đầu tư lại quan trọng?
Cơ cấu chiến lược của vòng gọi vốn ban đầu của Ammobia phản ánh vị thế của công ty trong một số ngành công nghiệp đang hội tụ. ALIAD, với tư cách là nhà cung cấp khí công nghiệp lớn, là nhà cung cấp nguyên liệu hydro tiềm năng và có thể trở thành khách hàng mua sản phẩm cuối cùng. Shell và Chevron mang đến kinh nghiệm vận hành các nhà máy nhiệt hóa và đang định vị mình cho vai trò trong lĩnh vực amoniac khi ngành này phát triển. Sự quan tâm của MOL Switch là rõ ràng: công ty mẹ của họ, Mitsui OSK Lines, đang chuẩn bị cho tương lai mà amoniac là nhiên liệu chính cho tàu biển. “Họ muốn đóng một vai trò trong ngành công nghiệp đó,” Baert nói. “Và họ coi việc tiếp cận công nghệ như của Ammobia là một lợi thế cạnh tranh.”
Bà lập luận rằng sự trùng hợp về lợi ích thương mại đó là một đặc điểm chứ không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Đối với một công ty khởi nghiệp hoạt động ở giao điểm của hóa chất, năng lượng và logistics, các doanh nghiệp lâu đời không phải là trở ngại cần phải vượt qua mà là những đối tác có sự tham gia giúp đẩy nhanh quá trình tiếp nhận thị trường và giảm thiểu rủi ro triển khai.
Từ Bỉ đến Stanford rồi đến phòng thí nghiệm
Baert lớn lên ở Bỉ và mô tả tham vọng ban đầu của mình rất đơn giản: bà muốn bảo vệ đại dương. Là một vận động viên đua thuyền chuyên nghiệp, bà có một cảm nhận sâu sắc về những gì đang bị đe dọa về môi trường. Chính tại Stanford, nơi bà hoàn thành bằng MBA trong khi người đồng sáng lập của bà đang hoàn thành bằng tiến sĩ, con đường sự nghiệp của họ đã được định hình rõ nét. Hai người gặp nhau thông qua câu lạc bộ sinh viên về hydro của trường đại học và, theo lời kể của Baert, họ ngay lập tức nhận ra cả mục tiêu chung và những kỹ năng bổ sung cho nhau.
Ammobia được Diễn đàn Kinh tế Thế giới vinh danh là Nhà tiên phong công nghệ năm 2025. Baert và người đồng sáng lập Tristan Gilbert có tên trong danh sách Forbes 30 Under 30 ngành Sản xuất và Công nghiệp năm 2024. Năm 2025, Baert giành giải Nhà khoa học của năm tại Giải thưởng Phụ nữ trong Chuyển đổi Năng lượng và giải nhất trong Cuộc thi Thuyết trình về Công nghệ Sạch và Phát triển Bền vững dành cho Phụ nữ, một sự công nhận mà cô nhanh chóng nhấn mạnh. “Giải thưởng nhà khoa học thực sự là sự ghi nhận dành cho toàn bộ đội ngũ Ammobia,” cô nói, “và tất cả các nhà khoa học và kỹ sư đang làm việc chăm chỉ trong phòng thí nghiệm mỗi ngày để phát triển công nghệ của chúng tôi.”
Cung dài hơn
Mục tiêu của Ammobia là đến năm 2030 sẽ có nhiều dự án thương mại hoạt động từ các nguồn nguyên liệu khác nhau và ở các khu vực địa lý khác nhau. Tham vọng là chứng minh rằng amoniac giá rẻ, ít carbon có thể đạt được không chỉ như một sản phẩm cao cấp dành cho thị trường ngách mà là một nguyên liệu đầu vào công nghiệp chính thống, có sẵn ở mọi quy mô và không phụ thuộc vào chuỗi cung ứng nhiên liệu hóa thạch không ổn định.
Quy trình Haber-Bosch đã mang về cho các nhà phát minh giải Nobel vì nó đã giải quyết được một vấn đề kìm hãm nền văn minh nhân loại hàng thiên niên kỷ. Áp lực giải quyết vấn đề kế tiếp của nó, đó là phải làm gì với lượng khí thải mà quy trình này hiện đang tạo ra, đang gia tăng với mức độ cấp bách tương đương. Liệu khoa học vật liệu và kỹ thuật mô-đun có thể trả lời câu hỏi này với tốc độ và quy mô cần thiết hay không vẫn còn phải chờ xem. Nhưng sự hậu thuẫn của các nhà đầu tư mà Ammobia đã tập hợp được cho thấy ngành công nghiệp đang bắt đầu coi câu hỏi này là cấp bách chứ không phải là lý thuyết suông.
