[From Chisato Horiuchi in Tokyo, Japan]
Hợp kim mang hydro hiệu quả, không cần kim loại hiếm, v.v.
Trong khi nhiên liệu hydro đang thu hút sự chú ý với mục đích "khử cacbon", việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ để vận chuyển hydro một cách hiệu quả đang được tiến hành. Các nhóm nghiên cứu như Tổ chức Nghiên cứu và Phát triển Khoa học và Công nghệ Lượng tử đã thành công trong việc phát triển một hợp kim có thể tạo ra hydro một cách hiệu quả mà không cần kim loại hiếm. Việc thiết lập một phương thức vận chuyển rẻ tiền sẽ dẫn đến việc mở rộng việc sử dụng hydro và giúp đạt được mục tiêu của chính phủ là giảm phát thải khí nhà kính xuống gần như bằng không vào năm 2050.
Hợp kim lưu trữ được sản xuất từ sắt và nhôm sử dụng bộ tổng hợp áp suất cao = Do Viện nghiên cứu định lượng cung cấp
Hydro, không thải ra carbon dioxide (CO2) khi đốt cháy, được kỳ vọng là nhiên liệu thế hệ tiếp theo thân thiện với môi trường. Các phương pháp sản xuất bao gồm phương pháp điện phân nước bằng điện có nguồn gốc từ năng lượng tái tạo, nhưng quỹ đất để lắp đặt các thiết bị năng lượng tái tạo quy mô lớn còn hạn chế. Do đó, khi hydro được sản xuất ở nước ngoài, chẳng hạn như ở Trung Đông, được sử dụng tại các nhà máy điện Nhật Bản, thì cần phải mang theo hydro.
Nếu hydro vẫn là chất khí, thể tích của nó lớn và hiệu quả vận chuyển kém. Thách thức là làm thế nào để mang nó một cách hiệu quả. Một trong những giải pháp là sử dụng “hợp kim lưu trữ hydro”. Hydro được kết hợp trong hợp kim và được vận chuyển, và sau khi vận chuyển, hydro được đưa ra ngoài bằng cách đốt nóng hoặc tương tự. Trong cách chuyển đổi đơn giản, 1 lít hydro có thể được nén thành 3 đồng xu 1 yên.
Thông thường, các kim loại hiếm như titan và đất hiếm Lantan, dễ phản ứng với hydro, đã được sử dụng làm hợp kim lưu trữ hydro. Nó được sử dụng để làm tắc bằng cách tạo hợp kim với sắt, chất không dễ phản ứng với hydro. Tuy nhiên, người ta đã chỉ ra rằng kim loại hiếm rất đắt tiền và trở thành điểm nghẽn cho việc sử dụng rộng rãi chúng.
Viện Nghiên cứu Định lượng, Đại học Tohoku và Tổ chức Nghiên cứu Máy gia tốc Năng lượng Cao đã phát minh ra thành phần của hợp kim và phát hiện ra rằng hydro có thể được tích lũy bằng cách sử dụng nhôm và sắt mà không cần sử dụng kim loại hiếm. Cả hai đều là những kim loại không dễ phản ứng với hiđro, nhưng người ta nhận thấy rằng khi chúng phản ứng với hiđro ở nhiệt độ cao 650 độ C hoặc cao hơn trong môi trường 70.000 atm trở lên, chúng liên kết và trở thành hiđrua kim loại mới.
Các đặc tính của hydro thay đổi dưới nhiệt độ cao và áp suất cao, và ngay cả những kim loại khó phản ứng cũng có thể bị biến đổi. Hợp kim được tạo ra không bị rò rỉ hydro ngay cả ở nhiệt độ phòng và có đặc tính giải phóng hydro ở nhiệt độ cao. Giống như các hợp kim lưu trữ thông thường, nó có tiềm năng được sử dụng để vận chuyển hydro.
Cho đến nay, Viện Nghiên cứu Định lượng đã làm rõ rằng ngay cả một hợp kim của đồng và nhôm cũng có thể tạo ra hydro. Tuy nhiên, có một vấn đề là lượng hydro được lưu trữ chỉ bằng khoảng một nửa so với các hợp kim kim loại hiếm. Hợp kim sắt-nhôm mới được phát triển có thể kết dính gần như tương đương với các hợp kim kim loại hiếm.
Vì hợp kim mới sử dụng một kim loại tương đối rẻ tiền, giá thành có thể giảm xuống dưới một nửa so với hợp kim kim loại hiếm. Hiroyuki Saito, trưởng nhóm của Viện Nghiên cứu Khoa học Quang học Kansai thuộc Viện Nghiên cứu Định lượng cho biết: Vì nó được sản xuất trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao, nên "vẫn cần thời gian để thương mại hóa nó ở giai đoạn nghiên cứu cơ bản. . Trong tương lai, mục tiêu là có thể sản xuất hợp kim ngay cả khi áp suất giảm.
Đối với các hợp kim lưu trữ hydro, các cuộc trình diễn kỹ thuật của các công ty cũng đang tiến triển. Vào tháng 6 năm 2009, TEPCO Holdings và Toray đã bắt đầu chạy thử nghiệm một hệ thống lưu trữ hydro được sản xuất bằng năng lượng tái tạo trong một hợp kim. Khi việc sử dụng hydro dự kiến sẽ mở rộng, việc thiết lập công nghệ hợp kim lưu trữ dễ sử dụng sẽ dẫn đến việc mua sắm hydro linh hoạt.
■ Cạnh tranh về các phương pháp và phát triển công nghệ khác nhau
Ngoài các hợp kim lưu trữ hydro, hydro có thể được vận chuyển bằng cách hóa lỏng, nén hoặc chuyển đổi thành amoniac. Mỗi lĩnh vực đều có ưu điểm và nhược điểm, và đây là lĩnh vực tiếp tục cạnh tranh để phát triển công nghệ xuất sắc.
Những gì đang được đưa vào sử dụng thực tế là "hydro nén", nén khí hydro bằng máy nén hoặc tương tự để giảm thể tích của nó và làm đầy xi lanh. Tuy nhiên, rất khó để mang theo số lượng lớn. Công nghệ hóa lỏng hydro để giảm khối lượng của nó và vận chuyển bằng tàu lớn cũng rất hứa hẹn, nhưng nó sẽ bốc hơi trong quá trình vận chuyển và dễ xảy ra thất thoát. Mặt khác, trọng lượng của các hợp kim lưu trữ có thể là một vấn đề ngay cả khi giá được hạ xuống.
Ngoài ra còn có một phương pháp sử dụng amoniac làm phương tiện vận chuyển hydro. Amoniac, cũng được sử dụng như một sản phẩm hóa học, đã thiết lập công nghệ vận chuyển và hiệu quả hơn so với vận chuyển hydro. Amoniac có thể được đốt cháy bằng cách tạo ra nhiệt điện, nhưng nó có hại và cần được quản lý an toàn nghiêm ngặt.
Chính phủ đã đưa ra hướng dẫn sản xuất điện bằng hydro / amoniac chiếm 10% thành phần nguồn điện để đạt được mục tiêu hầu như không phát thải khí nhà kính. Hydro cũng được sử dụng làm nguyên liệu thô trong "Metanation", sản xuất khí thành phố không có carbon. Osaka Gas và Tokyo Gas đang nghiên cứu phát triển công nghệ. Khi nhu cầu về hydro tăng lên trong nhiều tình huống khác nhau, việc thực hiện vận chuyển hydro hiệu quả thông qua sự hợp tác giữa các học viện và công nghiệp có ý nghĩa rất lớn. (Shuhei Ochiai)
