Các nhà nghiên cứu đề xuất lưu trữ hydro bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có trong các hồ và hồ chứa
Hệ thống cung cấp hydro tại DLR Cologne. Nguồn: DLR. dlr.de/content/en/articles/news/2021/02/20210412_dlr-at-the-digital-hannover-messe-2021.html.
Trong nghiên cứu mới của Nature Communications, các nhà nghiên cứu đề xuất một phương pháp mới để lưu trữ hydro bằng cách sử dụng các đường ống hiện có nằm dưới đáy hồ và hồ chứa.
Hydro đã nổi lên như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho nhiên liệu hóa thạch để tạo ra năng lượng trong một số ngành công nghiệp. Trọng tâm đặc biệt là hydro xanh, được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước bằng các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời, gió và không khí.
Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi hydro xanh đang gặp phải nhiều thách thức, chủ yếu là do thiếu giải pháp lưu trữ phù hợp.
Nghiên cứu này khuyến nghị sử dụng ống polyethylene mật độ cao (HDPE) làm phương tiện lưu trữ hydro xanh. Ống HDPE được sử dụng ở đáy hồ, hồ chứa hoặc hệ thống lưu trữ thủy điện để quản lý nước.
Phys.org đã trao đổi với tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Tiến sĩ Julian David Hunt, Nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) ở Ả Rập Xê Út.
Ông chỉ ra rằng công trình trước đây của ông về lưu trữ năng lượng bằng khí nén (CAES) ở biển sâu đã truyền cảm hứng cho ông khám phá ra các chiến lược mới để lưu trữ hydro.
Những hạn chế của các giải pháp lưu trữ hiện tại
Hiện nay có một số giải pháp lưu trữ hydro khác nhau tùy thuộc vào cách lưu trữ hydro.
Ví dụ, hydro nén cần được giữ trong các bình chứa chuyên dụng dưới áp suất cao, hydro lỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp và các giải pháp lưu trữ dưới lòng đất phụ thuộc vào từng khu vực cụ thể.
Với các giải pháp phụ thuộc vào khu vực, chẳng hạn như hang muối và các bể chứa khí đốt tự nhiên cạn kiệt, phương pháp này không có khả năng mở rộng quy mô. Điều này là do các nguồn tài nguyên này có thể không có sẵn về mặt địa lý ở nơi cần lưu trữ hydro.
Phương pháp sử dụng ống HDPE của Tiến sĩ Hunt và nhóm của ông là phương pháp có thể áp dụng rộng rãi hơn vì những ống này đã có sẵn ở đáy hồ, hồ chứa và các hệ thống lưu trữ thủy điện khác.
Tuy nhiên, việc theo đuổi lựa chọn này tỏ ra đầy thách thức vì thiếu thông tin về độ sâu dưới nước của đáy đại dương, lòng sông, hồ và các vùng nước khác.
Tiến sĩ Hunt cho biết,
Vấn đề chính là thiếu dữ liệu đo độ sâu của hồ và hồ chứa. Về cơ bản, dữ liệu này đại diện cho bản đồ địa hình của đáy biển hoặc lòng hồ, cung cấp thông tin về hình dạng, đặc điểm và thành phần của các khu vực ngập nước.
Mục đích của ống HDPE
Mục đích thực sự của ống HDPE là để quản lý nước trong các vùng nước. Chúng có thể được sử dụng để vận chuyển nước cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm nông nghiệp, nhu cầu tiêu dùng và thoát nước.
Vật liệu này được chế tạo để chịu được áp suất cao dưới nước, do đó có độ bền cao và cũng chống ăn mòn và phân hủy, thích hợp để sử dụng lâu dài.
Ngoài ra, người ta còn thêm sỏi xung quanh các đường ống này để đảm bảo chúng ổn định và không bị dịch chuyển do dòng nước, đóng vai trò như giá đỡ cho các đường ống.
Những yếu tố này cũng cần thiết nếu cần sử dụng ống HDPE để lưu trữ hydro.
Ống HDPE làm kho chứa
Hydro có thể được phun vào các đường ống này từ phía trên, đẩy nước ra ngoài vào trong các đường ống. Hydro cần được lưu trữ ở một áp suất nhất định để tránh sự giãn nở hoặc nén không cần thiết. Điều này đạt được một cách tự nhiên do áp suất của cột nước phía trên các đường ống.
Bằng cách duy trì áp suất hydro bên trong ở cùng mức với áp suất nước bên ngoài, hệ thống đảm bảo hydro không giãn nở và gây áp lực lên đường ống.
Khi mực nước và áp suất nước thay đổi, các van giảm áp sẽ được lắp đặt để điều chỉnh lưu lượng của nước và hydro, do đó duy trì áp suất ổn định trong đường ống.
Nếu mưa lớn khiến mực nước dâng cao, điều này sẽ dẫn đến tăng áp suất. Trong trường hợp như vậy, van giảm áp được sử dụng để rút hydro, cho phép nước dư thừa vào để duy trì áp suất trong đường ống.
Điều này chỉ có hiệu quả vì hydro không hòa tan trong nước, khiến quá trình này vô hại với sinh vật dưới nước và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Khả năng vô tận
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ Hồ chứa Oroville ở California để hiểu tiềm năng của giải pháp lưu trữ được đề xuất.
Họ phát hiện ra rằng chi phí trung bình để lưu trữ hydro bằng phương pháp họ đề xuất là khoảng 0,17 USD/kg ở độ sâu 200 mét trong một năm.
Họ còn phát hiện ra rằng phương pháp này tiết kiệm không gian hơn so với phương pháp sản xuất điện bằng năng lượng mặt trời, diện tích lưu trữ chỉ cần ít hơn khoảng 38 lần so với việc lắp đặt tấm pin mặt trời.
Ngoài ra, công nghệ này còn thể hiện tính linh hoạt cao, giúp nó tương thích với cơ sở hạ tầng thủy điện hiện tại. Nó cũng có thể thích ứng với các mức nước khác nhau trong hồ chứa, do đó tăng khả năng lưu trữ khi các mức nước đó tăng lên.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng dữ liệu từ các hồ và hồ chứa nhân tạo.
Dữ liệu cho thấy công suất lưu trữ hydro toàn cầu trong các hồ và hồ chứa ước tính là 15 PWh (petawatt-giờ), bao gồm 12 PWh trong các hồ tự nhiên và 3 PWh trong các hồ chứa nhân tạo.
Riêng Biển Caspi đã chiếm hơn một nửa tiềm năng này (6,4 PWh).
Tiến sĩ Hunt cho biết:
Khả năng lưu trữ hydro trong các hồ chứa thủy điện và hồ chứa làm tăng đáng kể các địa điểm có thể lưu trữ hydro quy mô lớn, đặc biệt là gần nhu cầu năng lượng (thành phố, khu công nghiệp) hoặc nguồn cung cấp năng lượng tái tạo (nhà máy điện mặt trời, gió và thủy điện).
Nền kinh tế hydro trong tương lai
Tiến sĩ Hunt giải thích:
Lưu trữ hydro bằng sỏi và đường ống trong hồ và bể chứa là một giải pháp thay thế cạnh tranh cho việc lưu trữ hydro dài hạn và có thể hỗ trợ sự phát triển của nền kinh tế hydro trong tương lai,
Vì phương pháp này sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có nên tiết kiệm chi phí. Hơn nữa, vì hydro không hòa tan trong nước nên phương pháp này không gây ra rủi ro cho môi trường.
Tuy nhiên, Tiến sĩ Hunt chỉ ra rằng,
Tác động chính đến môi trường là sự tồn tại của các đường ống lớn ở đáy hồ /hồ chứa, có thể gây ảnh hưởng đến hệ động thực vật ở đáy hồ chứa.
Việc thiếu dữ liệu toàn diện trong lĩnh vực này là một vấn đề, khi Tiến sĩ Hunt ám chỉ rằng đây có thể là lĩnh vực nghiên cứu mà ông muốn khám phá.
Ông kết luận.
Một chủ đề nghiên cứu thú vị là kết hợp tất cả các lựa chọn có thể để lưu trữ hydro quy mô lớn trong một cơ sở dữ liệu, bao gồm lưu trữ địa chất, hồ chứa, hồ và đại dương,
Các nhà nghiên cứu đề xuất lưu trữ hydro bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có trong các hồ và hồ chứa
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
