Khai thác nhiên liệu hydro sạch từ nước biển
Với nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng cao và mối lo ngại ngày càng tăng về ô nhiễm và biến đổi khí hậu, việc chuyển đổi sang năng lượng sạch đã trở nên quan trọng. Trong khi năng lượng hạt nhân, gió và mặt trời là những lựa chọn thay thế lâu đời cho nhiên liệu hóa thạch thì năng lượng hydro đang nổi lên như một đối thủ tiềm năng cũng không tạo ra carbon dioxide.
Lifeng Liu, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Vật liệu Hồ Songshan ở Trung Quốc, giải thích trong một email, cho biết:
Hydro là một vectơ quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng sang trạng thái trung hòa carbon.
“Nó [không thể] chỉ được sử dụng để khử cacbon trong lĩnh vực giao thông vận tải, […] tận dụng pin nhiên liệu hydro mà còn tìm ra phạm vi ứng dụng rộng hơn trong các ngành công nghiệp khó giảm thiểu cacbon như sản xuất thép, tổng hợp amoniac/metanol, luyện kim loại và các hoạt động khác, giúp giảm lượng khí thải ròng trong các lĩnh vực này.”
Thế còn việc chúng tôi đồng tổ chức một hội thảo trực tuyến thì sao ? Hãy giáo dục, thu hút và chuyển đổi nền kinh tế hydro!
Hydrogen Central là tạp chí trực tuyến toàn cầu về nền kinh tế hydro, chúng tôi có thể giúp bạn tổ chức các hội thảo trên web có sức ảnh hưởng lớn, trở thành tài liệu tham khảo toàn cầu về chủ đề của bạn và là nguồn khách hàng tiềm năng thường xuyên.
Tuy nhiên, cho dù nguồn năng lượng này sạch đến đâu, các phương pháp sản xuất hydro truyền thống thông qua quá trình khí hóa than và cải cách hơi nước đều có hại cho môi trường, điều này đã làm suy yếu đáng kể tiềm năng của nó.
Nhiên liệu hydro từ quá trình điện phân
May mắn thay, hydro có thể được sản xuất từ nước tinh khiết, trong đó các phân tử được tạo thành từ oxy và hydro, theo cách thân thiện với môi trường hơn nhiều thông qua quá trình điện phân.
Nó liên quan đến việc đưa nước tiếp xúc với một điện cực tích điện dương, gọi là cực dương, nơi các phân tử nước không tích điện bị phân hủy thành các ion và electron. Sau đó, các thành phần này di chuyển theo những con đường khác nhau đến một điện cực tích điện âm được gọi là cực âm, tại đây, cùng với các sản phẩm phụ khác, chúng tạo thành hydro nguyên chất.
“Điện phân nước sử dụng năng lượng tái tạo hiện đã được chấp nhận rộng rãi là một phương pháp tiếp cận đầy hứa hẹn để sản xuất hydro 'xanh' và nhiều dự án 'điện phân + nước tái tạo' đang được triển khai ở nhiều quốc gia,"
“Tuy nhiên, tình trạng thiếu nước ngọt có thể trở thành điểm nghẽn trong việc triển khai máy điện phân nước quy mô lớn trong tương lai gần, đặc biệt là ở Châu Phi nơi EU đang có kế hoạch triển khai máy điện phân nước 40 GW vào năm 2030”.
Sự thiếu sót này đã thúc đẩy Liu và các đồng nghiệp tìm kiếm giải pháp thay thế. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Vật liệu chức năng nâng cao , nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp mới để sản xuất hydro từ nước biển, chiếm khoảng 96,5% tổng lượng nước dự trữ trên hành tinh.
Nước, nước khắp nơi…
Thách thức là nước biển có chứa một lượng đáng kể các hợp chất gọi là kali hydroxit và natri clorua. Những chất này cũng tham gia vào quá trình điện phân, làm tăng mức tiêu thụ năng lượng nhưng không tạo ra hydro tinh khiết, đồng thời dẫn đến sự ăn mòn các bộ phận của máy điện phân.
Để vượt qua những trở ngại này, Liu và nhóm nghiên cứu đã đề xuất trộn nước biển với hydrazine, một phân tử được tạo thành từ nitơ và hydro, được biết là có tác dụng làm tăng đáng kể hiệu suất sản xuất hydro. Họ cũng phủ lên các điện cực một lá kim loại làm bằng bạch kim và Tellurium, hoạt động như một chất xúc tác trong quá trình điện phân, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điện phân mà không tham gia vào phản ứng hóa học.
Thiết bị điện phân cho thấy kết quả đầy hứa hẹn: Nó duy trì xúc tác ở điện áp giữa các điện cực thấp hơn nhiều so với yêu cầu xúc tác nước biển thông thường, giảm thiểu các phản ứng phụ không mong muốn, tăng độ tin cậy của máy điện phân và ngăn ngừa ăn mòn.
Hơn nữa, thiết bị mới tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ, giúp việc sản xuất hydro có thể tự duy trì.
Lưu giải thích:
“Những phát hiện quan trọng nhất trong nghiên cứu của chúng tôi là thông qua thiết kế hợp lý, quá trình điện phân nước biển có thể diễn ra một cách tự nhiên, tức là tự cấp nguồn,”
“Điều này có nghĩa là nếu một người có nước biển thì người đó có thể sản xuất hydro từ nước biển bằng cách sử dụng các thiết bị mà chúng tôi đề xuất mà không cần nguồn điện từ bên ngoài!
“Các thiết bị của chúng tôi có thể giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của quá trình điện phân nước, từ đó cho thấy tiềm năng đáng kể trong việc giảm chi phí sản xuất hydro. Ngoài ra, các thiết bị của chúng tôi cho phép hoạt động ở mật độ dòng điện thấp, cho phép các máy điện phân hoạt động linh hoạt hơn, đây hiện cũng là một trở ngại kỹ thuật trong hoạt động trong thế giới thực.”
Đầy hứa hẹn nhưng cần cải thiện thêm
Bất chấp những kết quả ấn tượng này, các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng phương pháp điện phân của họ còn có những thiếu sót và các nhà khoa học vẫn phải vượt qua nhiều khó khăn cơ bản để đạt được sản xuất hydro thực sự sạch bằng phương pháp này.
Liễu giải thích:
“Chúng ta vẫn cần sử dụng [kim loại] bạch kim để xúc tác cho các phản ứng catốt và anốt,”
“Ngoài chi phí, việc khai thác bạch kim còn gây ra vấn đề về môi trường. “Chúng tôi sẽ đặt mục tiêu phát triển các chất xúc tác không chứa [bạch kim] trong tương lai để giảm chi phí và giảm sự phụ thuộc vào [kim loại] khan hiếm này.”
Ông kết luận: “Ngoài ra, việc sử dụng các phản ứng oxy hóa hydrazine là chìa khóa để giảm mức tiêu thụ năng lượng của quá trình điện phân”.
“Tuy nhiên, hydrazine có độc tính cao và việc sử dụng chúng để điện phân nước trên quy mô lớn có thể gây ra một số rủi ro cho môi trường và người vận hành. Vì vậy, cần phải tìm kiếm một phân tử thay thế hydrazine.”
Khai thác nhiên liệu hydro sạch từ nước biển
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
