CÁCH MẠNG HYDRO, Năng lượng sạch mà Trái đất và con người cùng đồng cảm
Morihide Tenpaku, Nhà sáng lập & CEO – ENE Inc. (ENE Co., Ltd.)
Hydro có thể được sản xuất theo hai phương pháp chính: cải tạo khí, tức là tách hydro từ khí, và điện phân, tức là tách hydro từ nước. Khi cháy, hydro không thải ra CO₂. Tuy nhiên, phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay là cải tạo hơi nước từ nhiên liệu hóa thạch, vốn tạo ra CO₂ trong quá trình sản xuất.
Ngược lại, điện phân không phát thải CO₂, nhưng lại cần đến lượng năng lượng gấp gần mười lần so với nhiên liệu hóa thạch để tạo ra cùng một lượng hydro, khiến hiệu suất thấp và khó thương mại hóa. Gần đây, một phương pháp đột phá đã ra đời, cho phép sản xuất hydro một cách an toàn với chi phí thấp. Hiện nay có hai loại hệ thống điện phân thương mại chính: điện phân kiềm, sử dụng dung dịch KOH, và điện phân PEM, sử dụng nước tinh khiết.
Để có năng lượng tương đương một lít xăng nặng 750 g, cần đến một mét khối hydro chỉ nặng 90 g. Hydro có thể được tạo ra nhờ phản ứng giữa nước và một số kim loại hiếm. Đáng chú ý, một buồng điện phân có thể sản xuất 180 mét khối hydro chỉ với 0,5 kWh điện. Toàn bộ quy trình này sạch sẽ, không sinh chất ô nhiễm, không cần kim loại độc hại và hoàn toàn không thải CO₂ từ khâu sản xuất đến khâu sử dụng. Một hệ thống có công suất 180 mét khối mỗi giờ chỉ cần diện tích 2 mét vuông để vận hành.
Sản xuất hydro tại chỗ mang lại nhiều lợi ích rõ rệt. Nó giúp giảm chi phí vận chuyển, nhờ vậy hạ giá thành cung ứng. Nó loại bỏ nhu cầu nén cao áp hoặc hóa lỏng, vận hành ở áp suất thấp bảo đảm an toàn, và vì hydro được sản xuất ngay tại nơi sử dụng nên không phát sinh rủi ro vận chuyển, bảo đảm nguồn cung ổn định. Hydro này có thể được dùng để phát điện hoặc cung cấp cho xe pin nhiên liệu (FCV).
Xe pin nhiên liệu tạo ra điện nhờ phản ứng giữa hydro và oxy, sau đó vận hành động cơ điện. Do không dùng động cơ đốt trong, FCV hoàn toàn không phát thải CO₂. Toyota thậm chí gọi mẫu FCV MIRAI của mình là “chiếc xe sinh thái tối ưu.” Tuy nhiên, thách thức vẫn còn. Giá xe FCV cao gấp hai đến ba lần ô tô chạy xăng hoặc hybrid, trong khi hạ tầng trạm tiếp nhiên liệu hydro vẫn thiếu. Để FCV được phổ biến rộng rãi, cần nhanh chóng mở rộng hệ thống này. Hiện tại, các mẫu tiêu biểu gồm MIRAI của Toyota và Clarity Fuel Cell của Honda.
Ngoài vai trò là nguồn năng lượng, hydro còn cực kỳ quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Nó được sử dụng trong sản xuất bán dẫn, dược phẩm, lọc dầu, sản xuất kính, cũng như trong ngành ô tô, hàng không và tên lửa. Nhu cầu về hydro trong các lĩnh vực này được dự báo sẽ tiếp tục gia tăng.
Hydro cũng đã mở ra một lĩnh vực mới trong y học. Liệu pháp hít hydro hoạt động bằng cách loại bỏ các gốc hydroxyl – loại oxy phản ứng mạnh gây stress oxy hóa và tổn thương tế bào. Khi hít hydro cùng oxy, các gốc này được trung hòa thành nước vô hại và đào thải ra ngoài. Nghiên cứu cho thấy hydro hữu ích trong điều trị nhiều bệnh nghiêm trọng như ung thư, bệnh tim mạch, đột quỵ, tiểu đường và cả chứng sa sút trí tuệ nhẹ. Hydro hoàn toàn an toàn, và lượng dư thừa sẽ thoát ra ngoài qua da hoặc tóc.
Năm 2020, Nhật Bản đã chính thức công nhận liệu pháp hít hydro như một phương pháp y học tiên tiến trong điều trị hội chứng sau ngừng tim. So với liệu pháp hạ thân nhiệt truyền thống, hydro cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc giảm tổn thương não và cơ quan. Từ năm 2007, khi tạp chí Nature Medicine công bố nghiên cứu của Giáo sư Ota Shigeo chứng minh hydro có thể khử chọn lọc các gốc oxy hóa độc hại, nghiên cứu về liệu pháp hydro đã phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu.
Các trường hợp thực tế cũng đã khẳng định lợi ích này. Một kỹ sư từng tự chữa bỏng bằng hydro và đã hồi phục rõ rệt. Thí nghiệm cũng cho thấy hydro có khả năng cải thiện nếp nhăn. Tại Bệnh viện Đại học Juntendo, bệnh nhân viêm da cơ địa đã thấy cải thiện rõ rệt chỉ sau hai đến ba ngày tắm nước hydro. Khi ngừng trong một tuần, triệu chứng lại quay trở lại, chứng tỏ tác dụng tích cực của hydro.
Công nghệ hydro đã được ứng dụng vào nhiều thiết bị: máy hít hydro y tế đã được cấp phép; thiết bị thẩm mỹ nhỏ gọn dành cho spa; hệ thống tắm hydro dành cho viện dưỡng lão và trung tâm chăm sóc sức khỏe; và các máy phát hydro gia đình cung cấp nhiên liệu cho pin nhiên liệu như Ene-Farm.
Tiềm năng của hydro là vô cùng lớn. Trong lĩnh vực phòng ngừa, hydro giúp làm chậm quá trình lão hóa, giảm dị ứng và viêm, ngăn ngừa ung thư, tiểu đường, xơ vữa động mạch, béo phì và hội chứng chuyển hóa, đồng thời hỗ trợ hồi phục mệt mỏi. Trong điều trị, hydro giúp ngăn tái phát ung thư, giảm tác dụng phụ của hóa trị và xạ trị, thu nhỏ khối u và tăng cường miễn dịch. Những lợi ích này đã được trình bày tại Hội nghị Y học Tích hợp Nhật Bản lần thứ 25 năm 2021.
Ở cấp độ sinh hóa, tác dụng của hydro được giải thích thông qua khả năng can thiệp vào các phản ứng oxy hóa. Superoxide được chuyển hóa bởi enzyme superoxide dismutase thành hydrogen peroxide, sau đó hydrogen peroxide được catalase phân hủy thành nước và oxy. Các gốc hydroxyl – loại nguy hiểm nhất – được hydro trung hòa thành nước. Quá trình này còn có sự tham gia của các enzyme như glutathione peroxidase, giúp bảo vệ tế bào hiệu quả.
Các thử nghiệm lâm sàng với nước hydro đã ghi nhận kết quả ấn tượng trên người. Tình trạng mệt mỏi và chất lượng giấc ngủ được cải thiện, chỉ số PSQI giảm rõ rệt. Mệt mỏi cơ bắp sau tập luyện giảm, chức năng nội mô mạch máu được cải thiện, và hồ sơ lipid trở nên lành mạnh hơn với LDL giảm và HDL tăng. Bệnh nhân tiểu đường tuýp 2 có độ nhạy insulin và chức năng gan tốt hơn. Các triệu chứng Parkinson cải thiện theo thang điểm UPDRS, trong khi bệnh nhân viêm khớp dạng thấp ghi nhận giảm triệu chứng lâm sàng cũng như stress oxy hóa trong máu.
Hydro còn cho thấy tác dụng trên nhiều loại bệnh khác, bao gồm viêm và các bệnh tự miễn như viêm khớp dạng thấp, béo phì, bệnh máu như đột quỵ và nhồi máu não, bệnh thận, bệnh tim mạch như tăng huyết áp, thiếu máu cục bộ, suy tim, phì đại cơ tim, bệnh phổi như tăng áp động mạch phổi, rối loạn do bức xạ, các bệnh thần kinh thoái hóa như Parkinson và sa sút trí tuệ, ung thư, nhiễm trùng, hội chứng chuyển hóa, bệnh da liễu như viêm da cơ địa, và các bệnh thần kinh – cơ như rối loạn ty thể.
Sức mạnh kỳ diệu của hydro không chỉ được khai thác trong y học, mà còn trong làm đẹp, chế độ ăn uống và thể thao. Trong lĩnh vực làm đẹp, khả năng chống oxy hóa của hydro giúp ngăn ngừa nếp nhăn, vết nám và quá trình lão hóa. Trong ăn kiêng, hydro giúp điều hòa thần kinh tự chủ và cân bằng hormone, hỗ trợ tiêu hóa và cải thiện lưu thông máu. Đối với sức khỏe, hydro được mệnh danh là “cuộc cách mạng sức khỏe của thế kỷ” nhờ hiệu quả chống oxy hóa và chống lão hóa. Trong thể thao, hydro trung hòa các gốc oxy hóa sinh ra khi tập luyện, giảm mệt mỏi và giúp bổ sung nước an toàn.
Cuối cùng, hydro còn mang trong mình những đặc tính vật lý đặc biệt. Nó không màu, không mùi, ngọn lửa vô hình, khó bắt cháy trong điều kiện tự nhiên với nhiệt độ bốc cháy 570°C so với 500°C của xăng. Hydro cháy sạch, không sinh CO₂ hay SOx, lan tỏa nhanh vì là khí nhẹ nhất, có ngọn lửa nhiệt độ cao tới 2000°C, và khi hóa lỏng thì tồn tại ở mức siêu lạnh –253°C. Những đặc tính phi thường này, kết hợp cùng ứng dụng trong y học và công nghiệp, khẳng định hydro là một trong những yếu tố hứa hẹn nhất cho tương lai của Trái đất và nhân loại.
