Các nhà khoa học Mỹ tạo ra nhiên liệu hydro từ nước thải tại Princeton - bước đột phá
30 tháng 10, 2025
Phương pháp này giúp giảm chi phí cao và áp lực môi trường đối với nguồn nước sạch cần thiết trong sản xuất nhiên liệu hydro.
Nhóm nghiên cứu tại Princeton đã tìm ra cách sử dụng nước thải tái chế thay vì nước siêu tinh khiết để sản xuất hydro xanh thông qua quá trình điện phân.
Sự thay đổi này giúp giảm chi phí cao và áp lực môi trường đối với nguồn nước sạch cần thiết trong sản xuất nhiên liệu hydro.
Z. Jason Ren, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết vào ngày 28 tháng 10:
Cơ sở hạ tầng hydro thường cạnh tranh với việc sử dụng nước ngọt tại địa phương.
Ren, giáo sư kỹ thuật xây dựng và môi trường, cho biết thêm:
Nhưng mỗi thị trấn đều có một nhà máy xử lý nước thải, và đó là nguồn nước phân tán rất tốt cho nền kinh tế hydro.
Giải quyết vấn đề sử dụng nước thải hiện tại
Hydro xanh được sản xuất bằng cách sử dụng điện tái tạo để phân tách nước thành hydro và oxy thông qua quá trình điện phân. Phương pháp này tạo ra lượng khí thải carbon thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác.
Tuy nhiên, quy trình này thường đòi hỏi nước siêu tinh khiết đắt tiền để ngăn tạp chất làm hỏng màng chuyên dụng bên trong máy điện phân.
Các nhà nghiên cứu đã nỗ lực để bỏ qua quy trình lọc nước tốn kém để tạo ra hydro xanh. Đối với phương pháp bền vững này, "nước thải tái chế" đã được thử nghiệm thay vì nước máy.
Nước thải tái chế là nước đã qua xử lý, phù hợp để xả thải hoặc sử dụng ngoài mục đích uống như tưới tiêu hoặc làm mát công nghiệp.
Phương pháp này đã được thử nghiệm trước đây, nhưng những nỗ lực sử dụng nước thải làm nguồn nước đã nhanh chóng thất bại.
Để giải quyết vấn đề, trước tiên nhóm nghiên cứu đã phân tích lý do tại sao hệ thống gặp sự cố trong một máy điện phân thương mại tiêu chuẩn, sau đó dựa trên kết quả này để thiết kế giải pháp mới.
Thí nghiệm sử dụng máy điện phân nước màng trao đổi proton, đây là công nghệ thương mại tiêu chuẩn hiện đang được sử dụng cho nước siêu tinh khiết.
Kết quả nghiên cứu cho thấy các thử nghiệm trước đó đã thất bại do các ion canxi và magie (khoáng chất phổ biến gây ra cặn bẩn) trong nước thải bám vào màng trao đổi proton trong máy điện phân. Điều này đã chặn quá trình vận chuyển ion và gây ra sự suy giảm hiệu suất nhanh chóng.
Giảm nhu cầu năng lượng
Nhóm nghiên cứu của Princeton đã giải quyết vấn đề này bằng cách axit hóa nước thải tái chế bằng axit sulfuric.
Bộ đệm này đóng vai trò là nguồn proton dồi dào, cạnh tranh với các ion canxi và magie gây hại.
Bước này duy trì thành công độ dẫn ion qua màng, duy trì dòng điện cần thiết và cuối cùng cho phép sản xuất hydro liên tục mà không làm hỏng hệ thống.
Ren cho biết:
Việc loại bỏ tất cả các ion đó rất tốn kém để có nước siêu tinh khiết đi vào bình điện phân.
"Giờ đây, bạn chỉ cần axit hóa nước một chút, sau đó cho nước chứa ion vào bình điện phân, và nó có thể hoạt động hơn 300 giờ mà không gặp vấn đề gì."
Axit được sử dụng được tuần hoàn liên tục, nghĩa là nó không bao giờ thoát ra khỏi hệ thống. Điều này rất quan trọng vì nó mang lại cả lợi ích về môi trường và tiết kiệm chi phí.
Điều thú vị là, việc lựa chọn sử dụng nước thải tái chế thay vì nước tinh khiết có thể cắt giảm chi phí xử lý nước để sản xuất hydro khoảng 47%.
Mặt khác, chi phí năng lượng liên quan đến việc xử lý nước đó có thể giảm khoảng 62%.
Nhóm nghiên cứu hiện đang hợp tác với các đối tác trong ngành để thử nghiệm phương pháp này trên quy mô lớn hơn và với nước biển đã được xử lý sơ bộ.
Họ cũng đang tham gia vào quá trình lập kế hoạch tổng thể, sau khi đã công bố một nghiên cứu xác định các địa điểm lý tưởng trên khắp Hoa Kỳ để kết hợp các cơ sở hydro với các nhà máy xử lý nước thải.
