Lò phản ứng ‘Beam-Down’ của CSIRO đưa hydro xanh vào tâm điểm công nghiệp
Bước nhảy vọt về năng lượng mặt trời của Úc trong sản xuất hydro
Có vẻ như Úc vừa tăng nhiệt trong trò chơi năng lượng sạch toàn cầu. CSIRO đã tung ra một điều thực sự mang tính đột phá: bản demo thành công lò phản ứng “beam-down” chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của quốc gia này tại Trung tâm năng lượng Newcastle. Và đó không chỉ là một thủ thuật khoa học lạ mắt—mà là một động thái lớn để đưa hydro xanh đến gần hơn với mục đích sử dụng công nghiệp nặng.
Hợp tác với Đại học Niigata tại Nhật Bản và được Cơ quan năng lượng tái tạo Úc (ARENA) hỗ trợ, dự án của CSIRO là tạo ra hydro chỉ bằng ánh sáng mặt trời.
Vậy, lò phản ứng Beam-Down chính xác là gì?
Hãy tưởng tượng: những tấm gương trên cao trên một tòa tháp đón ánh sáng mặt trời và phản chiếu xuống lò phản ứng năng lượng mặt trời ở mặt đất. Bên trong, một vật liệu đặc biệt được gọi là ceria pha tạp được nung nóng, trải qua một số phản ứng hóa học thông minh với hơi nước, và—voilà—cho ra hydro và oxy. Bí quyết là gì? Một loạt các phản ứng oxy hóa khử (về cơ bản là các chu trình trao đổi oxy), tất cả đều được cung cấp năng lượng từ mặt trời—không cần nhiên liệu hóa thạch.
Nghe có vẻ đơn giản, nhưng đừng để điều đó đánh lừa bạn—hệ thống này đang hoạt động vượt trội. Theo các nguồn tin, hệ thống này đã đạt đến mức hiệu suất năng lượng mặt trời thành hydro tiềm năng ở mức trên 20%, vượt xa các phương pháp thông thường của bạn. Nói một cách dễ hiểu: ánh nắng mặt trời và nước đi vào, nhiên liệu hydro đi ra, và toàn bộ hệ thống có thể tiếp tục hoạt động, sạch sẽ và lặp đi lặp lại—mà không cần điện.
Tại sao lại là Newcastle? Một thành phố được xây dựng cho ngành công nghiệp không phát thải carbon
Từ lâu đã nổi tiếng với ngành công nghiệp than và công nghiệp nặng, Newcastle đang viết lại câu chuyện của mình. CSIRO chọn nơi này không chỉ vì bầu trời đầy nắng mà còn vì khu vực này đã có nền tảng công nghiệp phù hợp - như cơ sở hạ tầng hiện có và lực lượng lao động lành nghề - để tạo nên bản sắc mới được thúc đẩy bởi công nghệ không phát thải.
Trung tâm Năng lượng Newcastle là nơi đặt hệ thống pin mặt trời có nồng độ cao lớn nhất ở Nam bán cầu, khiến nơi đây trở thành địa điểm hoàn hảo để thử nghiệm lò phản ứng này. Và khi các ngành công nghiệp như khai thác quặng sắt và tinh chế alumina hướng đến mục tiêu xanh, loại công nghệ này có thể thay đổi cuộc chơi.
Giải quyết những vấn đề khó khăn: Giảm phát thải carbon trong ngành công nghiệp nặng
Đây là vấn đề - một số ngành công nghiệp không thể dễ dàng điện khí hóa. Sản xuất thép, vận chuyển và các ngành sử dụng nhiều năng lượng khác vẫn đang phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Đó chính là điểm sáng của phương pháp tiếp cận hydro mặt trời của CSIRO. Bằng cách sử dụng trực tiếp nhiệt mặt trời, quy trình này loại bỏ nhu cầu điện phân tốn kém và khai thác một trong những nguồn tài nguyên thiên nhiên tốt nhất của Úc: ánh sáng mặt trời vô tận.
Theo CSIRO, công nghệ này có thể mở ra một loạt lợi ích về năng lượng sạch:
Cung cấp năng lượng cho các quy trình công nghiệp ngốn nhiều năng lượng mà điện không đủ đáp ứng
Biến amoniac xanh và các nhiên liệu hydro khác thành hiện thực
Đưa Úc trở thành quốc gia xuất khẩu hydro toàn cầu, đặc biệt là đối với các thị trường như Nhật Bản
“Đạt mức phát thải ròng bằng 0 có nghĩa là phải làm sạch ngành công nghiệp, chấm dứt hoàn toàn. Lò phản ứng này là một cách để thực hiện điều đó”, một thành viên của nhóm CSIRO cho biết.
Từ sự tò mò trong phòng thí nghiệm đến thực tế quy mô công nghiệp
Nhiệt hóa học mặt trời không phải là một thứ gì đó mới mẻ—nó đã sôi sục trong các phòng thí nghiệm trong nhiều thập kỷ. Nhưng cho đến gần đây, nó vẫn đang phải vật lộn để vượt qua các thử nghiệm quy mô nhỏ. Rào cản lớn nhất là gì? Đạt được nhiệt độ cực cao cần thiết, đồng thời giữ cho vật liệu ổn định và có thể tái sử dụng.
Đây là lần đầu tiên Úc chứng minh được lò phản ứng chùm tia có thể hoạt động ở quy mô phù hợp với ngành công nghiệp. Đây cũng là một trong số ít những câu chuyện thành công như vậy trên toàn cầu. Nhiều năm đầu tư vào nghiên cứu năng lượng mặt trời và khoa học vật liệu—bao gồm những đột phá xung quanh ceria pha tạp—cuối cùng cũng đã được đền đáp, biến nhiều thập kỷ nghiên cứu và phát triển thành thứ gì đó có sức ảnh hưởng thực tế.
Chúng ta sẽ đi đâu từ đây?
Hành trình mới chỉ bắt đầu. Tiếp theo, CSIRO sẽ đi sâu hơn vào các vật liệu tiên tiến như perovskite để thúc đẩy hiệu quả cao hơn nữa. Đồng thời, họ đang tìm kiếm những cách thông minh để vận chuyển hydro này ra nước ngoài—vận chuyển dựa trên methanol có thể là tấm vé để giao hàng đường dài đến các đối tác như Nhật Bản.
Con đường phía trước không phải là không có những va chạm. Việc mở rộng quy mô công nghệ, đưa nó vào chuỗi cung ứng hiện có và đưa cơ sở hạ tầng hydro vào hoạt động sẽ cần rất nhiều nỗ lực. Nhưng có một điều rõ ràng: đây không chỉ là một thử nghiệm nữa. Đây là một bước tiến thực sự hướng tới năng lượng bền vững và sản xuất hydro quy mô lớn, thân thiện với chi phí.
Một bước tiến nữa cho hydro xanh
Với lò phản ứng này, CSIRO không chỉ phô trương khoa học mới sáng bóng. Họ đang bắt đầu một cuộc thảo luận mới về quá trình phi cacbon hóa công nghiệp—một cuộc thảo luận được hỗ trợ bởi sự hợp tác chu đáo, đầu tư công và rất nhiều ánh nắng mặt trời. Nếu giá cả tiếp tục xu hướng giảm và các ngành công nghiệp toàn cầu tham gia, đây có thể là tia lửa thắp sáng ngọn lửa lớn hơn nhiều.
Kỷ nguyên của hydro xanh hiệu quả, chạy bằng năng lượng mặt trời đã đến—và chương đầu tiên của nó đang được viết tại Newcastle.
