Khơi dậy sự tò mò của bạn: Câu trả lời cho một số câu hỏi hàng đầu về nhiên liệu hydro

Khơi dậy sự tò mò của bạn: Câu trả lời cho một số câu hỏi hàng đầu về nhiên liệu hydro

    Khơi dậy sự tò mò của bạn: Câu trả lời cho một số câu hỏi hàng đầu về nhiên liệu hydro
    bởi Savannah Mitchem, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne

    hydrogen
    Ảnh: CC0
    Hydrogen đại diện cho một lựa chọn đầy hứa hẹn cho năng lượng sạch và mạnh mẽ.

    Các nhà khoa học và kỹ sư trên khắp đất nước kỷ niệm Ngày Tế bào Nhiên liệu và Hydrogen Quốc gia vào ngày 8 tháng 10 hàng năm, một ngày được chọn phù hợp cho trọng lượng nguyên tử của hydro (1,008).

    Nhiên liệu hydro sẽ đóng một vai trò trong việc thúc đẩy một môi trường sạch hơn và giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong nhiều ngành công nghiệp. Ví dụ, pin nhiên liệu hydro hấp dẫn như là nguồn năng lượng thay thế cho xe cộ, tòa nhà và các ứng dụng khác do thời gian tiếp nhiên liệu nhanh chóng, hiệu suất cao, mật độ năng lượng cao và không có khí thải độc hại hoặc sản phẩm phụ.

    Nhưng trước khi hydro có thể phát huy hết tiềm năng, nó cần phải rẻ hơn và dễ sản xuất hơn.

    Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đang làm việc để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí của công nghệ hydro và pin nhiên liệu, với các giải pháp nghiên cứu và phát triển từ quy mô nguyên tử đến thương mại.

    Là một phần của lễ kỷ niệm quốc gia, họ trả lời các câu hỏi phổ biến xung quanh hydro như một chất mang năng lượng.

    Hydro đến từ đâu?

    Hydro là nguyên tố hóa học đơn giản nhất, chỉ bao gồm một proton và một electron. Nó cũng là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ, chiếm khoảng 75% tất cả các vật chất bình thường. Phân tử hydro (hai nguyên tử hydro ghép lại với nhau) chứa một lượng năng lượng đáng kể.

    Một lượng lớn hydro tồn tại trong nước và các sinh vật, nhưng các phân tử hydro thường không tự xuất hiện trên Trái đất. Ở đây, hydro thường phải được sản xuất từ ​​các chất khác có chứa nó. Các nhà khoa học hiện đang sử dụng nhiều phương pháp khác nhau cho việc này. Một cách tiếp cận chính hiện nay để sản xuất hydro mà không sử dụng nhiên liệu hóa thạch là tách nước bằng năng lượng hạt nhân hoặc các nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt và thủy điện.

    Các nhà khoa học cũng đang phát triển các quy trình hiệu quả hơn để hỗ trợ sản xuất nhiên liệu hydro trong tương lai. Một cách tiếp cận tiềm năng là sản xuất hydro từ sinh khối, như vi khuẩn và tảo, bằng cách khai thác và bắt chước các quá trình sinh học như quang hợp.

    Pin nhiên liệu hydro là gì?

    Pin nhiên liệu hydro chuyển đổi năng lượng hóa học được lưu trữ trong khí hydro và oxy thành điện năng. Không giống như với động cơ đốt bằng nhiên liệu xăng, không có carbon dioxide hoặc khí thải độc hại khác. Khí thải duy nhất là nhiệt và nước. Và không giống như pin, pin nhiên liệu không yêu cầu sạc lâu.

    Bên trong tế bào, các phân tử hydro được chia thành các proton và electron. Các electron chạy qua một mạch, tạo ra một nguồn cung cấp điện có thể sử dụng được. Đồng thời, các proton kết hợp với các electron và phân tử oxy từ không khí xung quanh để tạo ra nước và nhiệt, những khí thải duy nhất.

    Pin nhiên liệu hydro có thể được sử dụng như thế nào?

    Công nghệ nhiên liệu hydro có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế. Pin nhiên liệu hydro có thể cung cấp năng lượng cho giao thông vận tải, xây dựng cơ sở hạ tầng, lưu trữ năng lượng cho lưới điện và hơn thế nữa.

    Ví dụ, các tòa nhà dân cư và thương mại có thể sử dụng hydro làm nguồn điện dự phòng. Các phương tiện đã được cung cấp năng lượng bằng pin nhiên liệu hydro và công nghệ này sẽ trở nên phổ biến hơn khi công nghệ cải tiến. Điều này không chỉ áp dụng cho ô tô mà còn cho xe buýt, xe lửa, tàu thủy, máy bay và các loại xe địa hình và xe hạng nặng khác. Các trạm bán lẻ trên toàn quốc có thể lưu trữ và phân phối hydro một cách an toàn trong tương lai gần.

    Những rào cản đối với việc triển khai nhiên liệu hydro trên quy mô lớn là gì?

    Hydro là con đường đầy hứa hẹn cho năng lượng sạch quy mô lớn, nhưng việc sản xuất hydro an toàn, giá cả phải chăng và đáng tin cậy đi kèm với một số thách thức.

    Ví dụ, sản xuất hydro sạch thường cần chất xúc tác là những chất làm tăng tốc độ phản ứng hóa học. Nhiều chất xúc tác trong số này sử dụng nguyên liệu thiếu hụt, chẳng hạn như platin và iridi. Hiện tại, người ta đang nhấn mạnh vào việc phát triển các phương pháp tiếp cận sẽ làm giảm nhu cầu về các chất xúc tác có chứa các chất này và các vật liệu quan trọng và đắt tiền khác.

    Xây dựng cơ sở hạ tầng cung cấp hydro quốc gia cũng là một thách thức lớn. Các thành phố, đường cao tốc, sân bay và hơn thế nữa sẽ yêu cầu thay đổi cơ sở hạ tầng đáng kể để đáp ứng việc lưu trữ, vận chuyển và tiếp nhiên liệu hydro.

    Độ bền và hiệu suất cũng đặt ra những thách thức, cả đối với việc sản xuất hydro từ nước và sử dụng hydro trong pin nhiên liệu. Trong điều kiện vận hành thực tế, pin nhiên liệu cần duy trì hiệu suất trong thời gian dài (hơn một triệu dặm đối với xe tải đường dài) trong mọi điều kiện.

    Các nhà khoa học Argonne đang giải quyết những thách thức này từ nhiều góc độ, tận dụng cơ sở vật chất và chuyên môn đẳng cấp thế giới để thúc đẩy khoa học hydro và đẩy nhanh quá trình nghiên cứu và phát triển pin nhiên liệu.

    Nghiên cứu của họ đang làm cho pin nhiên liệu có giá cả phải chăng và bền hơn; xác định hiệu quả, độ bền và chi phí của các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu; định lượng lượng khí thải carbon của các phương pháp sản xuất và sử dụng hydro khác nhau; và giảm chi phí hydro được sản xuất từ chất không có carbon và phong phú nhất trên Trái đất - nước.

    Zalo
    Hotline