Loại máy tách nước mới có thể làm cho hydro xanh rẻ hơn

hotline: 0936.917.386

Loại máy tách nước mới có thể làm cho hydro xanh rẻ hơn

Máy điện phân tạo ra hydro và oxy trong các buồng riêng biệt, không cần màng

Một cột bể chứa hydro màu trắng và xanh lá cây tương phản với bầu trời xanh thẳm tại nhà máy hydro xanh Iberdrola ở Puertollano, Tây Ban Nha

Máy điện phân mới có thể làm giảm giá hydro xanh.BERNAT ARMANGUE / AP

Để loại bỏ nhiên liệu hóa thạch, thế giới cần những cách rẻ hơn để sản xuất hydro xanh - một loại nhiên liệu đốt sạch được tạo ra bằng cách sử dụng điện tái tạo để tách nước thành hydro và oxy. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã báo cáo một cách để tránh sự cần thiết của một màng tốn kém ở trung tâm của các thiết bị tách nước mà thay vào đó tạo ra hydro và oxy trong các buồng hoàn toàn riêng biệt.

Là một bằng chứng về khái niệm dựa trên phòng thí nghiệm, thiết lập mới—được báo cáo trong tháng này trên tạp chí Nature Materials— còn lâu mới có thể hoạt động ở quy mô công nghiệp. Nhưng nếu thành công, nó có thể giúp các ngành công nghiệp nặng như sản xuất thép và phân bón giảm sự phụ thuộc vào dầu, than và khí đốt tự nhiên.

Shannon Boettcher, nhà hóa học tại Đại học Oregon, người không tham gia vào nghiên cứu mới, cho biết: “Đây là một khái niệm sáng tạo”. Boettcher cho biết thêm rằng thiết kế mới dường như hoạt động hiệu quả với lượng điện thay đổi, một lợi thế có thể giúp kết hợp dễ dàng hơn với nguồn điện không liên tục được cung cấp bởi các trang trại gió và mặt trời.

Các thiết bị tách nước, hay còn gọi là máy điện phân, lần đầu tiên được trình diễn cách đây hơn 230 năm. Phiên bản phổ biến nhất hiện nay, được gọi là máy điện phân kiềm, hoạt động hơi giống pin. Hai điện cực được thả vào một buồng chứa nước và chất điện phân lỏng nhằm khuyến khích sự chuyển động của các ion. Tác dụng một dòng điện vào cực âm tích điện âm sẽ tách nước thành các phân tử hydro và các ion hydroxit tích điện âm. Các ion hydroxit khuếch tán qua chất lỏng đến cực dương tích điện dương, nơi chúng phản ứng tạo thành oxy và một lượng nước nhỏ hơn. Việc thiết lập dựa vào một màng giữa hai điện cực. Nó cho phép các ion hydroxit di chuyển từ cực âm đến cực dương, nhưng ngăn chặn sự hòa trộn giữa hydro và oxy, có thể kết hợp gây nổ.

Phần lớn chi phí của hydro xanh đến từ điện tái tạo thúc đẩy quá trình này. Avner Rothschild, nhà khoa học vật liệu tại Viện Công nghệ Technion-Israel, cho biết phần lớn chi phí còn lại là máy điện phân và màng là một trong những thành phần đắt tiền nhất vì nó thường chứa nhiều lớp chuyên dụng để chứa và bảo vệ các bộ lọc phân tử. .

Rothschild và các cộng sự của ông nghĩ rằng họ có thể loại bỏ màng bằng cách “tách” quá trình điện phân và tách quá trình tạo ra hydro và oxy trong không gian hoặc thời gian. Vào năm 2019, họ đã tạo ra một thiết lập trong đó họ sạc điện cực gốc niken giống như pin trong bước sản xuất hydro. Khi họ di chuyển điện cực đó sang buồng thứ hai, nó sẽ tạo ra oxy khi thải ra. Mặc dù hiệu quả nhưng việc thiết lập vẫn có những hạn chế. Thứ nhất, việc di chuyển điện cực giữa các bước có nghĩa là lò phản ứng không thể hoạt động liên tục, có thể khiến việc mở rộng quy mô trở nên tốn kém. Ngoài ra, chất điện phân sử dụng trong bước tạo oxy phải nóng để tăng tốc độ phản ứng, đòi hỏi phải sử dụng vật liệu đắt tiền và cách nhiệt để tránh thất thoát nhiệt.

Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế lại máy điện phân tách rời của họ để việc sản xuất hydro không tích điện cho cực dương mà thay vào đó làm thay đổi các phân tử trong chất điện phân lỏng. Trong trường hợp này, trong quá trình sản xuất hydro ở cực dương, các ion bromua trong chất điện phân được chuyển thành bromat. Chất điện phân chứa bromat đó được bơm vào buồng thứ hai, buồng này có chất xúc tác làm cho bromat phân hủy trở lại thành bromua và oxy trong phản ứng diễn ra ở nhiệt độ phòng. Thiết lập này tạo ra hydro liên tục ở tốc độ cao. Rothschild cho biết, mặc dù hiệu suất không cao bằng máy điện phân kiềm thông thường nhưng “chúng tôi có thể tách hydro và oxy mà không cần màng”, điều này sẽ giúp giảm chi phí sản xuất hydro quy mô lớn.

Mark Symes, nhà hóa học tại Đại học Glasgow, người đã giúp tạo ra một số máy điện phân tách rời đầu tiên cách đây một thập kỷ, cho biết cách tiếp cận mới vẫn phải đối mặt với một số thách thức. Ông cho biết, trước hết, để ngăn bromat phản ứng ở cực dương trước khi nó có thể được bơm vào buồng thứ hai, nhóm nghiên cứu phải phủ lên cực dương một vật liệu cho phép hydro thoát ra nhưng chặn bromat tiếp cận cực dương. Và lớp phủ đó yêu cầu thêm crom hóa trị sáu, một chất gây ung thư mạnh, vào dung dịch, gây lo ngại về rò rỉ độc hại. Ngoài ra, Symes cho biết, các điện cực trong thiết bị sử dụng bạch kim hoặc ruthenium, là những kim loại đắt tiền và hiếm.

Rothschild cho biết nhóm của ông đang nghiên cứu một thiết bị thế hệ tiếp theo để giải quyết các vấn đề. Ông nói, bất kỳ thành công nào trong việc loại bỏ màng điện phân đều có thể là một lợi ích cho những nỗ lực khử cacbon cho các bộ phận của ngành công nghiệp phụ thuộc nhiều nhất vào nhiên liệu hóa thạch. “Tôi không thể phóng đại lợi thế đó lớn đến mức nào.”

Tại Việt Nam

TẠI NHẬT BẢN

Đang online: 2161 Tổng: 35095573