Hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng chất thải nông nghiệp để sản xuất nhiên liệu hydro
Ngày 5 tháng 1 năm 2026
Các nhà nghiên cứu đã sản xuất thành công hydro xanh với giá thành cuối cùng thấp hơn nhiên liệu hóa thạch.
Bằng cách thay thế phần lãng phí nhất của quá trình phân tách nước bằng chất thải nông nghiệp, một hệ thống mới đã đạt được chi phí sản xuất ròng chỉ 1,54 đô la mỗi kg (khoảng 0,70 đô la mỗi pound).
Điều này có thể chấm dứt hiệu quả tình trạng bế tắc kinh tế kéo dài hàng thập kỷ giữa năng lượng sạch và khí đốt tự nhiên.
“Một trở ngại lớn đối với việc áp dụng rộng rãi các nguồn năng lượng tái tạo là tính không ổn định của chúng, điều này có thể làm gián đoạn sự ổn định của lưới điện”, các nhà nghiên cứu cho biết trong một nghiên cứu mới.
“Việc sản xuất hydro xanh (H2) bằng cách chuyển đổi ánh sáng mặt trời bằng cách sử dụng quang điện (PV) để điện phân và phân tách nước là một giải pháp đầy hứa hẹn cho những vấn đề này, vì H2 có mật độ năng lượng theo trọng lượng rất cao, có thể được lưu trữ và vận chuyển, và chỉ giải phóng nước làm sản phẩm khi đốt cháy.”
Tuy nhiên, trong nhiều năm, hydro xanh có giá cao hơn khoảng ba đến năm lần so với hydro xám được sản xuất từ metan.
Tái cấu trúc hóa học điện phân bằng chất thải
Nhưng phương pháp mới này được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu chung từ Đại học Nông nghiệp Trung Quốc và Đại học Công nghệ Nam Dương đã thu hẹp khoảng cách đó bằng cách tái cấu trúc cơ bản hóa học của phản ứng.
Trong điện phân truyền thống, nước được tách thành hydro và oxy; tuy nhiên, việc sản xuất oxy tốn nhiều năng lượng và không có giá trị thương mại.
Bước đột phá này thay thế việc sản xuất oxy bằng quá trình oxy hóa glucose, một loại đường dễ dàng thu được từ chất thải nông nghiệp như thân cây bông và lúa mì.
Sự thay đổi này dẫn đến một phản ứng yêu cầu điện áp thấp hơn 400 milivolt so với quá trình tách nước tiêu chuẩn và tạo ra một sản phẩm phụ có giá trị gọi là format. Format là một hóa chất công nghiệp được sử dụng trong thuộc da và sản xuất cao su, có giá bán khoảng 4,63 đô la Mỹ/kg (khoảng 2,10 đô la Mỹ/pound), giúp bù đắp thêm chi phí.
Điều khiển phân tử bằng chất xúc tác pha đồng
Hệ thống được sử dụng ở đây là một chất xúc tác chuyên dụng được làm từ coban oxyhydroxide được pha với chính xác 5% đồng. Lượng đồng nhỏ này hoạt động như một bánh lái phân tử, ngăn các phân tử đường bị phân hủy thành khí carbon dioxide vô dụng.
Thông qua con đường phân cắt alpha chính xác, chất xúc tác dẫn dắt glucose sao cho 80% phân tử được chuyển đổi thành công thành formate có giá trị cao.
Thiết kế không màng này cũng loại bỏ nguy cơ hỗn hợp khí dễ cháy nổ vì không tạo ra oxy, cho phép các kỹ sư loại bỏ các màng tách đắt tiền cần thiết trong các máy điện phân truyền thống.
Khả năng mở rộng và tương lai của việc khử carbon công nghiệp
Không giống như các thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm yêu cầu hóa chất tinh khiết, hệ thống này đã chứng tỏ khả năng phục hồi khi được cung cấp nguyên liệu thô từ bông và rơm lúa mì. Khi được cung cấp năng lượng bằng ánh sáng mặt trời tập trung thông qua pin mặt trời ba lớp, thiết bị đã sản xuất hydro với tốc độ kỷ lục 519 micromol mỗi giờ trên mỗi centimet vuông.
Với chi phí ròng là 1,54 đô la mỗi kg (0,70 đô la mỗi pound), công nghệ này đưa hydro xanh đến gần hơn với các ngành công nghiệp nặng như sản xuất thép và vận tải biển, vốn từ lâu đã bị cản trở bởi giá thành khử carbon cao.
"Nghiên cứu này đã chứng minh tính khả thi của việc sản xuất H2 xanh với tốc độ tạo ra cao và đồng thời nâng cấp các tiền chất sinh khối thành nguyên liệu hóa học", nghiên cứu kết luận.
