Unsichtbares Gas für Hightech
Loại khí vô hình cho công nghệ cao
Bài đọc được chuyển ngữ và đơn giản hóa để học tiếng Đức. Nội dung gốc thuộc Tia Sang - Nen Tang Kien Tao.
Bôi đen một từ hoặc cụm từ để tra nghĩa, dịch, highlight hoặc thêm ghi chú.
Tiến độ đọc bài
Đoạn 1/27
Đọc tiếng Đức trước. Khi cần, mở bản dịch ngay dưới từng đoạn.
Xem bản dịch tiếng Việt đầy đủ
Khí công nghiệp ít được biết đến, nhưng lại vô cùng quan trọng. Y tế, thực phẩm hay công nghệ cao đều cần đến nó. Việt Nam đang muốn vươn lên trong lĩnh vực công nghệ cao: bán dẫn, điện tử và hàng không vũ trụ.
Dung Quất (Quảng Ngãi) nắng nóng gay gắt. Nơi đây có nhà máy của Messer đến từ Đức. Nhà máy sở hữu những bồn chứa khổng lồ, hình cầu hoặc hình trụ, cao như tòa nhà 4-5 tầng.
Nhà máy không cần dầu, quặng hay hóa chất đắt tiền. Nguyên liệu duy nhất là không khí, thứ có ở khắp nơi và hoàn toàn miễn phí.
Nhưng từ không khí miễn phí đó lại tạo ra oxy, nitơ, argon và các loại khí hiếm độ tinh khiết rất cao, vốn không thể thiếu cho ngành bán dẫn. Để làm được điều này, nhà máy phải vận hành ở độ lạnh cực sâu: khoảng âm 175 độ C. Một kỹ sư cho biết: "Không khí thì miễn phí. Nhưng sản xuất lại tốn rất nhiều điện."
Nhà máy làm ra một sản phẩm gần như không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Thế nhưng nó lại quyết định sự sống còn của chip, điện thoại và máy bay. Đó chính là khí công nghiệp.
Nhu cầu tăng nhanh
Ở Việt Nam, nhu cầu chủ yếu đến từ ô tô, thực phẩm, đồ uống và kim loại. Các ngành này ngày càng cần nhiều oxy, nitơ và argon.
Oxy được dùng nhiều nhất, chiếm khoảng 40% thị trường Việt Nam. Người ta thổi oxy vào lò thép để loại bỏ tạp chất như carbon, silic và phốt pho. Nhờ vậy thời gian luyện rút ngắn mà lò lại cho năng suất cao hơn. Loại khí này còn giúp ngọn lửa nóng hơn, nên cắt hay hàn kim loại dày vừa nhanh vừa sạch. Doanh nghiệp cũng dùng oxy để xử lý nước thải, giữ thực phẩm sạch và kiểm soát quá trình lên men trong ngành thực phẩm, đồ uống.
Nitơ là khí trơ, rất khó phản ứng. Vì thế nó bảo vệ sản phẩm khỏi tác hại của oxy. Các công ty thực phẩm và đồ uống bơm nitơ vào bao bì để giữ hàng tươi lâu hơn và ngăn vi sinh vật phát triển. Nitơ lỏng cấp đông thịt, cá và trái cây trong chớp mắt. Trong sản xuất và ngành ô tô, nitơ được dùng để làm sạch, súc rửa đường ống và bảo vệ kim loại khi gia công ở nhiệt độ cao. Nó còn phục vụ ngành điện tử và bán dẫn.
Argon cũng là khí trơ, nhưng nặng và ổn định hơn. Nó đặc biệt quan trọng trong hàn (TIG/MIG) vì bảo vệ mối hàn khỏi tạp chất. Người ta còn dùng argon để khuấy và làm sạch thép lỏng, cũng như tạo môi trường siêu sạch cho chip, màn hình và linh kiện điện tử nhạy cảm.
Các ngành công nghiệp thông thường đang phát triển. Y tế và chăm sóc sức khỏe cũng mở rộng. Hai lĩnh vực này luôn cần những loại khí y tế quen thuộc: oxy, không khí y tế, khí cười, nitơ, carbon dioxide, heli, nitric oxide và argon. Chúng phục vụ hô hấp, cấp cứu, giảm đau, gây mê, bảo quản lạnh mô và chẩn đoán.
Đáng chú ý, dòng vốn đầu tư nước ngoài (FDI) vào điện tử và bán dẫn đang tạo ra nhu cầu mới. Đó là các khí hiếm, những nguyên tố hóa học có 8 electron lớp ngoài và gần như không phản ứng hóa học. Gồm neon, krypton, xenon, heli và argon.
Các khí này tạo ra tia laser cho công nghệ khắc chip. Chúng còn bảo vệ tinh thể silic khỏi oxy. Ví dụ như Samsung: tập đoàn điện tử lớn này có 6 nhà máy tại Việt Nam và cần rất nhiều khí hiếm cho màn hình và bán dẫn.
Hiện nay nhu cầu tại Việt Nam tăng nhanh nhờ công nghiệp phát triển. Theo 6Wresearch, thị trường Việt Nam đạt khoảng 152 triệu USD năm 2025 và tăng trưởng 8,2% mỗi năm đến năm 2032.
Theo Cục Hóa chất (Bộ Công Thương) năm 2021, Việt Nam có khoảng 500 công ty khí công nghiệp. Nhưng phần lớn chỉ buôn bán, phân phối hoặc chiết nạp. Số đơn vị thực sự sản xuất khí như Messer đếm trên đầu ngón tay. Cả nước chỉ có khoảng 10 công ty có cơ sở sản xuất khí.
Vì sao sản xuất không hề dễ?
Nghe qua công việc có vẻ đơn giản: lấy không khí, nén lại, làm lạnh sâu rồi tách các thành phần. Nhưng đằng sau đó là cả một ngành công nghệ cao, đòi hỏi nhiều năng lượng và kiểm soát cực kỳ chính xác.
Không khí (không tính hơi nước) gồm 78% nitơ, 21% oxy và 0,9% argon. Phần còn lại rất nhỏ: CO2 và các khí hiếm như neon, heli, krypton và xenon.
Các nhà máy như Messer dùng phương pháp chưng cất lạnh sâu (cryogenic distillation). Đầu tiên, kỹ sư lọc bụi khỏi không khí. Sau đó nén khí lên khoảng 6 Bar, rồi làm lạnh sơ bộ và làm sạch bằng rây phân tử. Bước này loại bỏ nước và CO2, vì chúng có thể đóng băng ở độ lạnh sâu và gây sự cố. Dòng khí sạch tiếp tục đi qua bộ trao đổi nhiệt lớn, lạnh xuống khoảng âm 175 độ và hóa lỏng một phần.
Lúc này quá trình tách mới thực sự bắt đầu. Không khí đi vào các tháp áp suất trung bình và áp suất thấp, tận dụng nhiệt độ sôi khác nhau của từng chất.
Trong tháp, hơi bay lên còn lỏng chảy xuống, trao đổi mạnh vật chất và nhiệt. Oxy (O) hóa lỏng ở âm 183 độ. Nitơ (N) hóa lỏng ở âm 196 độ. Qua quá trình bay hơi và ngưng tụ liên tục, nitơ tinh khiết được thu ở đỉnh tháp áp suất thấp, còn oxy tinh khiết thu ở đáy tháp.
Tách argon (Ar) khó hơn nhiều. Nhiệt độ sôi của nó là âm 185,85 độ, rất sát với oxy. Vì vậy, hỗn hợp argon và oxy sau lần tách đầu tiên được đưa sang các tháp riêng, tách và tinh chế nhiều lần. Nhờ vậy argon ngày càng tinh khiết.
Nhà máy cũng có thể tạo ra các khí hiếm như neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe) và heli (He). Nhưng chúng chiếm tỷ lệ quá nhỏ trong không khí nên rất khó thu hồi. Người ta lấy Kr-Xe từ oxy lỏng. Còn He thường đi qua tuyến neon-heli rồi tách riêng nhiều lần.
Sau khi tách, có hai hướng đi: khí theo đường ống thẳng tới khách hàng. Hoặc được hóa lỏng, nạp vào bồn lạnh và chở bằng xe chuyên dụng.
Khí hiếm giá trị lớn
Khí thông thường có nhiều. Nhưng khí hiếm trong không khí lại cực kỳ ít.
