Hydro có thể là chìa khóa cho năng lượng vô hạn – và các nhà khoa học vừa tìm ra cách mở khóa mới
Phát hiện này có lịch sử tích lũy suốt 400 năm.
Tác giả: Darren Orf — 13/11/2025
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm một phương pháp hiệu quả hơn để tách hydro từ nước—một nguồn có khả năng cung cấp năng lượng cho lưới điện và thúc đẩy hệ thống năng lượng sạch. Giờ đây, các nhà khoa học đang chuyển sang nước thải như một nguồn hydro tiềm năng và đã tìm ra một phương pháp chiết tách sạch hơn, có thể giảm chi phí đáng kể và mở ra hướng sử dụng mới cho loại nước bị xem nhẹ này.
Sự trỗi dậy của hydro như một nhiên liệu xanh đã bắt đầu cách đây hơn 500 năm. Năm 1520, thầy thuốc kiêm giả kim thuật người Thụy Sĩ Paracelsus lần đầu thu được khí hydro khi cho kim loại phản ứng với axit sulfuric. Đến giữa thế kỷ 19, nhà vật lý xứ Wales Sir William Grove đã phát minh ra pin nhiên liệu hydro đầu tiên, mà ông gọi là “pin khí voltaic”.
Ngày nay, hydro được xem là nhân tố thiết yếu trong quá trình chuyển dịch năng lượng sạch—đặc biệt đối với những ngành có mức tiêu thụ năng lượng quá lớn để chỉ dựa vào pin, như vận tải biển hoặc hàng không. Tuy nhiên, dù đã có hàng thế kỷ nghiên cứu, việc sản xuất hydro xanh vẫn tốn kém và đầy rào cản kỹ thuật.
Hydro được phân loại theo “màu” dựa trên cách sản xuất:
-
Hydro xám tạo ra từ khí methane hoặc than đá.
-
Hydro xanh dương sử dụng khí tự nhiên kết hợp thu giữ carbon.
-
Hydro xanh dùng năng lượng tái tạo—thân thiện môi trường nhất nhưng đắt nhất, chi phí có thể gấp 10 lần hydro xám.
Một vấn đề khác là quá trình điện phân thường yêu cầu nước tinh khiết, làm tăng áp lực lên nguồn nước ngọt. Các nghiên cứu trước đây cho thấy có thể dùng nước biển, nhưng công trình mới của Đại học Princeton lại xem xét một nguồn bất ngờ hơn: nước thải sau xử lý.
“Hạ tầng hydro thường cạnh tranh trực tiếp với nhu cầu sử dụng nước ngọt,” giáo sư Zhiyong Jason Ren, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Nhưng thị trấn nào cũng có nhà máy xử lý nước thải—đó là nguồn nước phân tán sẵn có cho nền kinh tế hydro.”
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng việc thêm axit sulfuric—cũng chính là chất Paracelsus từng sử dụng—ngăn canxi và magiê trong nước thải bám vào màng trao đổi proton. Quá trình axit hóa tạo ra nguồn proton dồi dào, duy trì tính dẫn ion và cho phép sản xuất hydro liên tục.
Kết quả rất ấn tượng:
-
Độ ổn định của thiết bị điện phân tăng từ 8 giờ lên 300 giờ.
-
Chi phí sản xuất giảm 47%.
-
Mức tiêu thụ năng lượng giảm 62%.
Axit được tái tuần hoàn hoàn toàn, không phát sinh chất thải.
Trong bối cảnh nguồn nước sạch toàn cầu bị đe dọa bởi hạn hán kéo dài, biến đổi khí hậu và nhu cầu từ trung tâm dữ liệu, việc tìm nguồn nước thay thế cho hydro xanh trở thành nhiệm vụ sống còn. Những tiến bộ như nghiên cứu này—cùng với hướng khai thác nước biển—có thể giúp hydro xanh trở nên ổn định, rẻ hơn và cuối cùng trở thành thành tựu lớn nhất của hành trình khoa học kéo dài nửa thiên niên kỷ.
