Bột Hydro Cách Mạng của Úc Dễ Sử Dụng Hơn Và Rẻ Hơn Cho Năng Lượng Sạch
Năm ngoái, một nhóm Nghiên cứu và Phát triển (R&D) của Úc đã đề xuất một phương pháp mới mang tính cách mạng để tạo ra và vận chuyển năng lượng hydro tái tạo.
Sự hợp tác giữa Đại học Curtin và Velox Energy Materials đã tạo ra một ngành công nghiệp hydro tuần hoàn bao gồm sản xuất hydro, khả năng biến hydro thành dạng bột lưu trữ, và cơ sở hạ tầng để nạp lại bột hydro đã sử dụng.
Hiện được chính phủ Úc tài trợ, các báo cáo cho thấy sự đổi mới này sẽ đưa Úc lên vị trí dẫn đầu thế giới về xuất khẩu hydro tái tạo, và giúp việc sử dụng năng lượng hydro trở nên khả thi hơn đáng kể đối với các quốc gia trên thế giới để đạt được các mục tiêu khử cacbon.
Chỉ cần một tháng sản lượng dự kiến đạt mục tiêu sản xuất năm 2030 sẽ đáp ứng hơn gấp nhiều lần nhu cầu năng lượng hydro toàn cầu - một trong những cuộc cách mạng lớn nhất về năng lượng xanh kể từ khi sản xuất hàng loạt pin quang điện.
Và tất cả bắt đầu từ một loại bột: natri borohydride, viết tắt là NaBH4.
Hành trình của NaBH4 từ một thành phần trong ngành công nghiệp nhuộm và sản xuất giấy đến vai trò bất ngờ, then chốt trong cuộc cách mạng năng lượng tái tạo bắt đầu vào năm 2022, khi các nhà khoa học tại Đại học Deakin ở Úc áp dụng khoa học mới về phản ứng cơ hóa học để truyền khí vào bột bằng cách quay nó ở tốc độ cao trong các buồng chứa đầy các viên bi kim loại.
Hydro tinh khiết được cho là một phương pháp quan trọng để khử cacbon trong các ngành công nghiệp nặng như vận tải biển và hàng không, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại. Khí hydro tinh khiết rất dễ cháy, vì vậy các phương án vận chuyển bị hạn chế vì lý do an toàn. Hydro lỏng phải được làm lạnh xuống dưới -250°C, đòi hỏi phải sử dụng điện ở mức cực đại, cũng như quá trình nén cần thiết để giữ hydro ở dạng khí.
“Cộng đồng khoa học đã và đang nỗ lực tìm kiếm một loại vật liệu dạng bọt biển phù hợp có thể lưu trữ một lượng lớn hydro trong ít nhất nửa thế kỷ”, Giáo sư Ian Chen, nhà khoa học công nghệ nano tại Đại học Deakin và là một trong hai thành viên nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra phản ứng cơ hóa học này, cho biết.
Năm 2022, ông chia sẻ với tờ New Atlas rằng so với hydro lỏng hoặc khí, việc lưu trữ hydro dưới dạng bột “không đòi hỏi nhiều năng lượng và an toàn; trong điều kiện bình thường, nó khá ổn định và hydro sẽ không bị giải phóng trừ khi được đun nóng đến vài trăm độ.”
Một số phép tính toán nhanh mà Chen đã thực hiện tại hiện trường dường như cho thấy việc tạo ra phản ứng cơ hóa học sẽ chỉ tốn khoảng một phần tư năng lượng tiêu thụ của quá trình nén khí.
Đến năm 2024, Craig Buckley, người đứng đầu Nhóm Nghiên cứu Lưu trữ Hydro của Đại học Curtin, đã đề xuất sản xuất hàng loạt natri borohydride như một dạng lưu trữ hydro “xanh” tái tạo được sản xuất từ nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời và gió dồi dào của Úc.
Đề xuất dự án của ông, được gửi tới Cơ quan Năng lượng Tái tạo Úc (ARENA), nêu rõ rằng trên một tàu chở dầu chuyên dụng, chi phí vận chuyển H2O dạng lỏng khoảng 10,1 đô la Mỹ/kg, trong khi nếu được lưu trữ dưới dạng amoniac, chi phí này giảm xuống còn 7,9 đô la Mỹ/kg nhưng lại trở nên độc hại.
Hoàn toàn ngược lại, hydro được lưu trữ dưới dạng natri borohydride có chi phí thấp hơn 15% so với dạng amoniac và có thể được vận chuyển với số lượng lớn hơn nhiều trên các tàu container thông thường.
Đề xuất này đã thành công vang dội, bởi vì ARENA đã tài trợ cho dự án 5 triệu đô la Úc. Nó đã giải quyết được vấn đề lớn khi sử dụng NaBH4 để lưu trữ trước đây. Sau khi hydro được loại bỏ khỏi NaBH4, khách hàng sẽ còn lại một sản phẩm phụ gọi là natri borat, rất tốn kém để tái chế, nhưng Buckley và nhóm của ông đã tìm ra cách tái sử dụng hydro trong đó, tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn.
"Mục tiêu của chúng tôi là cung cấp một chuỗi giá trị xuất khẩu hydro tuần hoàn", Buckley cho biết trong một tuyên bố với giới truyền thông. “Thành phần nghiên cứu ban đầu của dự án sẽ được đưa vào giai đoạn thương mại, nơi một cơ sở thí điểm sẽ được thiết kế và xây dựng tại Perth để đánh giá công nghệ sản xuất quy mô lớn trực tiếp từ điện tái tạo.”
Sustainability Times đưa tin rằng ARENA, Curtin và các đối tác doanh nghiệp khác rất tự tin rằng phương pháp này sẽ dẫn đến một cuộc cách mạng năng lượng, mục tiêu sản xuất của họ là 330.000 tấn bột natri borohydride vào năm 2030 và 550.000 tấn vào năm 2040. Mỗi tấn NaBH4 sản xuất khoảng 211 kg hydro để sử dụng làm năng lượng.
“Chi phí sản xuất và vận chuyển thấp hơn của phương pháp này có thể khiến nó trở thành phương tiện xuất khẩu hydro rẻ nhất từ Úc”, Buckley nói. “Phương pháp này có thể đóng góp vào việc đáp ứng nhu cầu hydro toàn cầu đang tăng nhanh chóng của Úc.”
