Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Technion đã trình bày một công nghệ mới sản xuất hydro xanh bằng năng lượng tái tạo. Bước đột phá của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.
Quy trình DWE được đề xuất. Sơ đồ minh họa quy trình DWE được đề xuất với việc tạo ra H 2 và O 2 liên tục trong các tế bào điện phân và xúc tác riêng biệt sử dụng Br – /BrO 3 – như một cặp oxi hóa khử hòa tan. Chất điện phân giàu bromat bị oxy hóa (BrO 3 – ) chảy từ đáy tế bào điện phân đến đáy tế bào xúc tác, tại đây nó bị chất xúc tác khử thành bromua (Br – ) và chảy từ đỉnh tế bào xúc tác trở lại lên phía trên của bình điện phân. Lớp phủ màu xanh lá cây tượng trưng cho lớp hydroxit crom bán thấm. Nguồn: Vật liệu thiên nhiên (2024). DOI: 10.1038/s41563-023-01767-y
Công nghệ mới này thể hiện những lợi thế đáng kể so với các quy trình sản xuất hydro xanh khác và việc phát triển nó thành công nghệ thương mại có khả năng giảm chi phí và đẩy nhanh việc sử dụng hydro xanh như một giải pháp thay thế sạch, bền vững cho nhiên liệu hóa thạch.
Sử dụng hydro làm nhiên liệu thay vì than, xăng và khí "tự nhiên" sẽ làm giảm việc sử dụng các nhiên liệu này và phát thải khí nhà kính từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm giao thông vận tải, sản xuất vật liệu và hóa chất cũng như sưởi ấm công nghiệp. Không giống như các loại nhiên liệu này phát thải carbon dioxide vào khí quyển khi chúng cháy trong không khí, hydro tạo ra nước và do đó được coi là nhiên liệu sạch.
Tuy nhiên, cách phổ biến nhất để sản xuất hydro là sử dụng khí tự nhiên (hoặc than đá) và quá trình này thải ra một lượng lớn carbon dioxide vào khí quyển - do đó làm mất đi lợi thế của nó như một giải pháp thay thế xanh, bền vững cho nhiên liệu hóa thạch. Vào năm 2022, mức tiêu thụ hydro toàn cầu đạt khoảng 95 triệu tấn – một lượng phù hợp để cải tiến các sản phẩm nhiên liệu khác nhau và đặc biệt là để sản xuất amoniac, chất cần thiết cho sản xuất phân bón nông nghiệp.
Gần như toàn bộ lượng hydro tiêu thụ ngày nay đều được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, đó là lý do tại sao nó được gọi là “hydro xám” (làm từ metan) hoặc “hydro đen” (làm từ than đá). Việc sản xuất hydro bằng các phương pháp này chịu trách nhiệm cho khoảng 2,5% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu hàng năm vào khí quyển do hoạt động của con người. Việc thay thế hydro xám bằng hydro xanh là cần thiết để giảm nguồn phát thải đáng kể này và thay thế nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm bằng hydro sạch, bền vững.
Nhiều ước tính khác nhau dự đoán rằng hydro xanh có khả năng chiếm khoảng 10% thị trường năng lượng toàn cầu với mức phát thải ròng bằng 0—mục tiêu hiện tại là giảm thiểu biến đổi khí hậu và hiện tượng nóng lên toàn cầu do hiệu ứng nhà kính do nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng lên. bầu không khí. Đó là lý do giải thích tầm quan trọng to lớn của hydro xanh trong việc chống lại sự nóng lên toàn cầu.
Hydro xanh được sản xuất thông qua điện phân—phân hủy điện hóa nước thành oxy và hydro bằng cách sử dụng năng lượng từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời. Điện phân được phát hiện cách đây hơn 200 năm và kể từ đó nó đã trải qua nhiều bước phát triển và cải tiến. Tuy nhiên, vẫn còn quá đắt để sản xuất hydro xanh với mức giá cạnh tranh.
Một trong những thách thức công nghệ hạn chế việc sử dụng phương pháp điện phân để sản xuất một lượng lớn hydro xanh—lượng sẽ giúp đạt được kế hoạch đạt được lượng khí thải carbon ròng bằng không—là nhu cầu về màng, miếng đệm và bộ phận bịt kín đắt tiền để tách ngăn ca-tốt và an-ốt. .
Cách đây vài năm, các nhà nghiên cứu của Technion đã trình bày một kỹ thuật điện phân cải tiến và hiệu quả không cần màng và chất bịt kín để tách hai phần của tế bào, vì hydro và oxy được tạo ra ở các giai đoạn khác nhau của quy trình, không giống như điện phân thông thường nơi chúng được tạo ra đồng thời.
Quy trình mới này, được gọi là E-TAC, được phát triển bởi Tiến sĩ Hen Dotan và Tiến sĩ Avigail Landman dưới sự giám sát của Giáo sư Avner Rothschild và Giáo sư Gideon Grader. Họ hợp tác với doanh nhân Talmon Marco để phát huy tiềm năng của quy trình và phát triển các ứng dụng thương mại.
