Hydro xanh có thể cung cấp năng lượng cho tương lai của vận tải hành khách và hàng hóa
của Đại học Michigan
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Hydro xanh đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng quan trọng để khử cacbon cho vận tải, nhưng những phát hiện mới về hiệu quả năng lượng chỉ ra rằng nó nên được sử dụng một cách chiến lược trong vận tải đường bộ, đường sắt, hàng không và đường biển hạng nặng, một nghiên cứu của Đại học Michigan cho thấy.
Hydro xanh được sản xuất bằng phương pháp điện phân với năng lượng tái tạo để phân tách nước thành hydro và oxy. Nó có thể được sử dụng trực tiếp hoặc trong nhiên liệu tổng hợp, còn được gọi là nhiên liệu điện tử, để khử cacbon cho vận tải đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không. Ngành vận tải chịu trách nhiệm cho khoảng 22% lượng khí thải carbon dioxide từ nhiên liệu hóa thạch trên toàn cầu và 37% lượng khí thải carbon dioxide từ nhiên liệu hóa thạch của Hoa Kỳ.
Để giảm thiểu biến đổi khí hậu, điều quan trọng là phải khử cacbon cho vận tải—cả vận tải hành khách và hàng hóa, theo các nhà nghiên cứu, những người đã tính toán hiệu quả năng lượng toàn hệ thống khi sử dụng hydro xanh trực tiếp hoặc gián tiếp trong nhiên liệu điện tử để cung cấp năng lượng cho máy bay, tàu hỏa, ô tô và tàu thủy. Hiệu suất năng lượng của hệ thống đo lường năng lượng được sử dụng để truyền động bánh xe cho chế độ mặt đất và lực đẩy cho máy bay và tàu thủy so với tổng năng lượng điện tái tạo được đầu tư.
Các nhà nghiên cứu của U-M đã xem xét cả việc sử dụng trực tiếp hydro trong động cơ hoặc pin nhiên liệu cũng như việc sử dụng gián tiếp hydro dưới dạng nhiên liệu điện tử như xăng điện tử, dầu diesel điện tử, nhiên liệu phản lực điện tử, metanol điện tử và amoniac điện tử. Khi so sánh những cách sử dụng này với các tùy chọn điện pin, họ phát hiện ra rằng tình trạng kém hiệu quả của hệ thống trong quá trình sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và sử dụng hydro hoặc nhiên liệu điện tử dẫn đến mất khoảng 80%-90% năng lượng đầu vào điện ban đầu.
Ngược lại, vận chuyển bằng điện hiệu quả hơn khoảng ba đến tám lần so với việc sử dụng hydro trực tiếp hoặc trong nhiên liệu điện tử. Kết quả của họ sẽ xuất hiện trực tuyến vào ngày 7 tháng 8 và được in vào ngày 21 tháng 8 trên tạp chí Joule.
"Chúng tôi có nhu cầu cấp thiết phải phi cacbon hóa giao thông vận tải, xét đến những tác động tiêu cực mà chúng ta đang thấy từ biến đổi khí hậu, những tác động này sẽ ngày càng gia tăng", Greg Keoleian, tác giả chính của bài báo và là đồng giám đốc sáng kiến MI Hydrogen của U-M cho biết. "Chúng tôi xem xét nơi hydro có thể đóng vai trò bằng cách xem xét năng lượng để giúp hướng dẫn triển khai cùng với các yếu tố khác như chi phí, thời gian tiếp nhiên liệu, phạm vi và độ an toàn".
Nghiên cứu được tiến hành như một phần của sáng kiến MI Hydrogen của U-M, nhằm mục đích thúc đẩy sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, nhóm cộng đồng, chính phủ và các đối tác trong ngành của U-M để tạo ra các giải pháp hydro giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng sạch. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Trung tâm Hệ thống Bền vững, Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ và Khoa Kiến trúc Hải quân và Kỹ thuật Hàng hải của Michigan Engineering.
"Chúng tôi thấy rằng các nguồn điện tái tạo tại Hoa Kỳ không đủ để hỗ trợ sản xuất hydro cho các phương tiện hạng nhẹ. Hydro xanh nên được sử dụng một cách chiến lược trong vận tải đường bộ, đường sắt, hàng không và đường biển hạng nặng, nơi các phương án thay thế bằng điện bị hạn chế bởi tải trọng và phạm vi hoạt động", Tim Wallington, tác giả đầu tiên của báo cáo và là chuyên gia nghiên cứu tại Trung tâm Hệ thống Bền vững tại Trường Môi trường và Phát triển Bền vững thuộc Đại học Michigan, cho biết.
Tuy nhiên, Wallington cho biết, pin sẽ không phù hợp với các phương tiện vận tải hạng nặng cần di chuyển quãng đường dài. Pin quá nặng và quá lớn để cung cấp năng lượng cho chuyến bay dài hơn 200 dặm, để đưa một tàu chở hàng vượt đại dương hoặc cung cấp năng lượng cho một đoàn tàu xuyên lục địa.
Theo các nhà nghiên cứu, hydro hoặc nhiên liệu điện tử có ý nghĩa hơn khi làm nguồn năng lượng cho các ứng dụng vận tải hạng nặng này. Sử dụng hydro làm nguồn nhiên liệu trực tiếp sẽ đòi hỏi những thay đổi lớn về nhiên liệu và cơ sở hạ tầng. Sử dụng nhiên liệu điện tử dựa trên hydro sẽ tránh được những thay đổi này, nhưng trong hầu hết các trường hợp, chúng tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 20%-50% so với việc sử dụng trực tiếp hydro xanh.
Để mô tả hiệu quả của hệ thống và hình dung năng lượng đầu vào và năng lượng mất mát cho mỗi lộ trình hydro, nhóm nghiên cứu đã phát triển một bộ 25 sơ đồ Sankey. Các sơ đồ này bắt đầu bằng đầu vào điện tái tạo và theo dõi dòng năng lượng qua quá trình sản xuất và phân phối hydro đến mục đích sử dụng cuối cùng trong pin nhiên liệu, động cơ đốt trong hoặc động cơ phản lực cánh quạt trong trường hợp máy bay. Các lộ trình hydro này đã được so sánh với một bộ 6 sơ đồ khác cho tất cả các tùy chọn điện.
Các nhà nghiên cứu cũng đã đo cường độ năng lượng của mỗi lộ trình hydro, tức là lượng năng lượng tái tạo cần thiết để vận chuyển hàng hóa theo tấn-dặm hoặc hành khách theo dặm-hành khách cho tất cả các phương thức vận tải chính.
"Những gì chúng tôi phát hiện ra là xu hướng ở đây tuân theo xu hướng cường độ năng lượng của phương tiện vận tải chạy bằng dầu mỏ: với hydro, đường sắt và vận chuyển là hiệu quả nhất, còn máy bay là kém hiệu quả nhất vì bạn phải giữ trọng lượng đó trên bầu trời", Keoleian, cũng là giáo sư về hệ thống bền vững, cho biết. "Theo quan điểm vận tải bền vững, bạn sẽ muốn sử dụng động
các chế độ hiệu quả nhất và chế độ vận chuyển ít tốn năng lượng nhất. Điện tái tạo là một nguồn tài nguyên khan hiếm, vì vậy chúng ta phải sử dụng nó một cách khôn ngoan "
Các đồng tác giả nghiên cứu bao gồm nghiên cứu sinh tiến sĩ Maxwell Woody và chuyên gia nghiên cứu Geoffrey Lewis của Trung tâm Hệ thống Bền vững, nghiên cứu sinh tiến sĩ Eytan Adler và giáo sư Joaquim Martins của Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ U-M, và Matthew Collette, giáo sư kiến trúc hải quân và kỹ thuật hàng hải.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
