Nhiệm vụ phát triển hydro như một nguồn năng lượng sạch có thể hạn chế sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch có thể dẫn đến một nơi không ngờ tới—than đá. Một nhóm các nhà khoa học Penn State đã phát hiện ra rằng than đá có thể là một cách tiềm năng để lưu trữ khí hydro, giống như pin lưu trữ năng lượng để sử dụng trong tương lai, giải quyết một trở ngại lớn trong việc phát triển chuỗi cung ứng năng lượng sạch.
Shimin Liu, phó giáo sư kỹ thuật năng lượng và khoáng sản tại Penn State cho biết: “ Chúng tôi thấy rằng than có thể là pin hydro địa chất này. "Bạn có thể bơm và lưu trữ năng lượng hydro và có nó ở đó khi bạn cần sử dụng."
Hydro là nhiên liệu đốt sạch và cho thấy triển vọng sử dụng trong các lĩnh vực sử dụng nhiều năng lượng nhất trong nền kinh tế của chúng ta—giao thông vận tải, sản xuất điện và sản xuất. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều việc phải làm để xây dựng cơ sở hạ tầng hydro và biến nó thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và giá cả phải chăng, các nhà khoa học cho biết.
Điều này bao gồm việc phát triển một cách để lưu trữ hydro, hiện đang tốn kém và không hiệu quả. Các nhà khoa học cho biết, các thành tạo địa chất là một lựa chọn hấp dẫn bởi vì chúng có thể lưu trữ một lượng lớn hydro để đáp ứng các đỉnh và thung lũng khi nhu cầu năng lượng thay đổi hàng ngày hoặc theo mùa.
Liu nói: “Than đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và chúng tôi đã sản xuất thương mại khí đốt từ than trong gần nửa thế kỷ. "Chúng tôi hiểu điều đó. Chúng tôi có cơ sở hạ tầng. Tôi nghĩ than đá sẽ là nơi hợp lý để lưu trữ hydro địa chất."
Để thử nghiệm điều này, các nhà khoa học đã phân tích tám loại than từ các mỏ than trên khắp Hoa Kỳ để hiểu rõ hơn về khả năng hấp thụ và khuếch tán của chúng, hoặc lượng hydro mà chúng có thể chứa.
Tất cả tám loại than đều cho thấy các đặc tính hấp thụ đáng kể, với than bitum ít bay hơi từ phía đông Virgina và than antraxit từ phía đông Pennsylvania thể hiện tốt nhất trong các thử nghiệm, các nhà khoa học đã báo cáo trên tạp chí Năng lượng ứng dụng .
Liu nói: “Tôi nghĩ rất có khả năng than đá có thể là lựa chọn hàng đầu để lưu trữ địa chất từ góc độ khoa học. "Chúng tôi thấy rằng than vượt trội so với các thành tạo khác vì nó có thể chứa nhiều hơn, nó có cơ sở hạ tầng hiện có và được phổ biến rộng rãi trên toàn quốc và gần các khu vực đông dân cư."
Các hồ chứa khí mê-tan dưới đáy than đã cạn kiệt có thể là những ứng cử viên sáng giá nhất. Những vỉa này chứa khí tự nhiên độc đáo như mêtan và đã trở thành một nguồn năng lượng nhiên liệu hóa thạch quan trọng trong vài thập kỷ qua. Khí mê-tan dính vào bề mặt than, trong một quá trình gọi là hấp phụ.
Tương tự, bơm hydro vào than sẽ khiến khí đó hấp thụ hoặc dính vào than. Các nhà khoa học cho biết, những thành tạo này thường có một lớp đá phiến sét hoặc đá bùn ở trên đóng vai trò như một lớp niêm phong giữ khí mê-tan, hoặc trong trường hợp này là hydro, bịt kín cho đến khi cần thiết và được bơm trở lại.
Liu nói: “Nhiều người định nghĩa than đá là đá, nhưng nó thực sự là một loại polyme. "Nó có hàm lượng carbon cao với rất nhiều lỗ nhỏ có thể chứa nhiều khí hơn. Vì vậy, than đá giống như một miếng bọt biển có thể chứa nhiều phân tử hydro hơn so với các vật liệu phi carbon khác."
Các nhà khoa học đã thiết kế các thiết bị đặc biệt để tiến hành thí nghiệm. Than có ái lực yếu hơn với hydro so với các loại khí hấp thụ khác như metan và carbon dioxide, vì vậy thiết bị điều áp truyền thống để xác định sự hấp thụ sẽ không hoạt động.
"Chúng tôi đã làm một thiết kế rất mới lạ và rất thách thức," Liu nói. "Phải mất nhiều năm để tìm ra cách thực hiện điều này một cách đúng đắn. Chúng tôi phải thiết kế đúng một hệ thống thử nghiệm, thử và sai dựa trên kinh nghiệm trước đây của chúng tôi với than và đá phiến."
Dựa trên kết quả của họ, các nhà khoa học đã xác định than antraxit và bán than antraxit là những ứng cử viên sáng giá cho việc lưu trữ hydro trong các vỉa than cạn kiệt và than bitum ít bay hơi là ứng cử viên tốt hơn cho các vỉa than khí.
Phát triển kho chứa hydro trong các cộng đồng khai thác than có thể mang lại cơ hội kinh tế mới cho những khu vực này đồng thời giúp tạo ra cơ sở hạ tầng hydro của quốc gia.
Liu nói: “Trong quá trình chuyển đổi năng lượng, các cộng đồng sử dụng than thực sự bị ảnh hưởng nhiều nhất về mặt kinh tế. "Đây chắc chắn là cơ hội để tái sử dụng vùng than. Họ đã có chuyên môn—kỹ sư năng lượng và kỹ năng. Nếu chúng ta có thể xây dựng cơ sở hạ tầng và thay đổi các cơ hội kinh tế của họ—tôi nghĩ đó là điều chúng ta nên cân nhắc."
Các nhà khoa học cho biết , công việc trong tương lai sẽ tập trung vào khả năng khuếch tán động và tính thấm động của than, những đặc điểm quyết định tốc độ hydro có thể được bơm vào và bơm ra ngoài.
"Tôi nghĩ Penn State là nơi thích hợp để thực hiện tất cả nghiên cứu này—chúng tôi có trữ lượng than , chúng tôi có khí đốt tự nhiên, chúng tôi có cả chuyên môn kỹ thuật và kinh tế tại trường đại học," Liu nói. "Đây là nơi hợp lý để làm điều này."
