Một cột mốc quan trọng khác cho các tấm pin mặt trời sản xuất hydro xanh
Ngành công nghiệp hydro xanh toàn cầu đã phải trải qua một loạt các bước thụt lùi trong những tháng gần đây. Tuy nhiên, các thỏa thuận vẫn tiếp tục được thực hiện và hoạt động R&D vẫn tiếp tục diễn ra nhanh chóng, với mục tiêu loại bỏ khí đốt tự nhiên khỏi chuỗi cung ứng hydro. Trong tin tức mới nhất về nghiên cứu, công ty khởi nghiệp SunHydrogen của Hoa Kỳ vừa đạt được một cột mốc quan trọng khác cho các mô-đun năng lượng mặt trời sử dụng hạt nano, có thể sản xuất hydro xanh chỉ trong một bước mà không cần hệ thống điện phân đắt tiền.
Hydro xanh không cần điện phân
Nếu sự kết hợp giữa hydro xanh và tấm pin mặt trời gợi nhớ đến công trình "lá nhân tạo" mang tính đột phá của Giáo sư Daniel Nocera tại Harvard, thì điều đó hoàn toàn đúng. Còn được gọi là "lá sinh học", con đường lá nhân tạo triển khai phản ứng quang điện hóa mô phỏng quá trình quang hợp tự nhiên mà thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học.
Phản ứng quang điện hóa loại bỏ nhu cầu về năng lượng đầu vào bên ngoài, có khả năng dẫn đến một hệ thống sản xuất hydro tiết kiệm. Đó là sự tương phản với điện phân nước, vốn đã nổi lên như một phương pháp được ưa chuộng để tạo ra hydro từ các nguồn tài nguyên tái tạo. Các hệ thống điện phân triển khai một dòng điện làm rung chuyển khí hydro từ nước, với điện tốt nhất là đến từ các nguồn tài nguyên tái tạo (xem thêm bối cảnh điện phân tại đây).
Xem xét rằng quá trình quang hợp đã phát triển trong nhiều triệu năm trước, nhiệm vụ sao chép nhân tạo quá trình này trong vòng một hoặc hai thập kỷ là một nhiệm vụ khá tham vọng, gấp đôi nếu mục đích là đạt được kết luận có tính cạnh tranh về chi phí. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi thấy nhiều hoạt động vẫn đang diễn ra ở cấp độ phòng thí nghiệm và trình diễn.
Các bước tiếp theo cho các tấm pin mặt trời sản xuất hydro xanh
Tuy nhiên, các dấu hiệu của động lực đang bắt đầu xuất hiện. Con đường quang điện hóa lần đầu tiên xuất hiện trên radar CleanTechnica vào khoảng năm 2011. Công ty HyperSolar xuất hiện ngay sau đó, vào năm 2012. CleanTechnica đã ghi nhận công ty này một lần nữa vào năm 2020, sau khi đổi tên thành SunHydrogen và có nhiều nước dưới cầu R&D.
Tin tức năm 2020 liên quan đến việc gia hạn quan hệ đối tác nghiên cứu với Đại học Iowa, cùng với việc tăng nhân sự và ngân sách. SunHydrogen giải thích rằng "Nhóm R&D mở rộng sẽ tập trung vào các nỗ lực phát triển cần thiết để đẩy nhanh quá trình thương mại hóa phương pháp tiếp cận công nghệ hạt nano mang tính đột phá của mình đối với hydro tái tạo".
Trọng tâm công nghệ của SunHydrogen bao gồm các hạt nano mà công ty gọi là "Cấu trúc dị thể quang điện tổng hợp" hay viết tắt là PAH, được kích hoạt trực tiếp bằng năng lượng từ mặt trời để tách khí hydro khỏi nước.
“Mỗi hạt nano PAH là một cỗ máy siêu nhỏ, bao gồm nhiều lớp cho phép phản ứng điện phân năng lượng mặt trời diễn ra. Đây là một quá trình tương tự như những gì xảy ra bên trong tế bào thực vật trong quá trình quang hợp”, công ty giải thích. Sản phẩm phụ duy nhất là oxy, giống như oxy do thực vật tạo ra.
Mùa hè năm ngoái, hoạt động này đã tăng tốc khi SunHydrogen công bố thỏa thuận phát triển chung với chi nhánh Honda R&D Co. của Honda để đưa các tấm pin mặt trời sản xuất hydro ra thị trường. “Honda R&D Co. sẽ hợp tác với SunHydrogen để sử dụng năng lực sản xuất và thiết kế hàng đầu trong ngành để cùng nhau phát triển một tấm pin hydro sẵn sàng lắp đặt nhằm sản xuất và thu thập hydro an toàn và hiệu quả”, SunHydrogen giải thích trong một thông cáo báo chí vào ngày 7 tháng 7.
Cuối tháng đó, SunHydrogen đã công bố các bước tiếp theo trong quá trình hợp tác với công ty Đức CTF Solar, cho phép SunHydrogen kết hợp công nghệ hydro xanh mới của mình vào nền tảng hoàn thiện của các mô-đun năng lượng mặt trời của CTF, với mục đích đẩy nhanh quá trình chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang thị trường.
Hái trái cây chín dễ hái
SunHydrogen ra mắt với trọng tâm ban đầu là sản xuất hydro xanh cho xe chạy bằng pin nhiên liệu. Điều đó đã chứng tỏ là một bài toán khó đối với những người tham gia vào hydro xanh, và trong những năm gần đây, SunHydrogen đã chuyển sự chú ý của mình sang lĩnh vực khử cacbon công nghiệp dễ chịu hơn. Tuy nhiên, công ty vẫn có xe tải điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro trong danh sách kiểm tra của mình và đã phát hiện ra một cơ hội chín muồi ở Texas.
Vào tháng 9, SunHydrogen thông báo rằng họ đã tham gia Liên minh Hydro Texas. Động thái này diễn ra sau khi Cục Quản lý Đường bộ Liên bang trao tặng khoản tài trợ mới trị giá 70 triệu đô la cho Texas vào đầu năm nay, nhằm mục đích hỗ trợ mạng lưới các trạm nhiên liệu hydro cho xe tải hạng trung và hạng nặng, cuối cùng sẽ mở rộng qua Texas đến Nam California. Khoản tài trợ mới sẽ bao gồm tối đa năm trạm nhiên liệu hydro nối Dallas-Fort Worth, Houston, Austin và San Antonio.
“Công ty có ý định lắp đặt các mảng pin hydro xanh tại và gần các địa điểm tiếp nhiên liệu ven đường dọc theo các tuyến đường xe tải chính có nhiều đất và nắng, giúp giảm chi phí cao và tổn thất hydro liên quan đến vận tải đường dài thông thường,
” SunHydrogen giải thích, dự đoán một cơ hội.
Có đủ xe tải chạy bằng pin nhiên liệu để giữ cho các tấm pin mặt trời ven đường của SunHydrogen hoạt động hay không vẫn còn phải chờ xem. Việc sử dụng cả xe tải chạy bằng pin và xe tải chạy bằng pin nhiên liệu ở Hoa Kỳ cho đến nay vẫn chậm. Một công ty nổi tiếng trong lĩnh vực xe tải chạy bằng pin hạng nặng là Tesla, công ty này đã không đạt được kỳ vọng về thời gian giao hàng. Về phía pin nhiên liệu, công ty khởi nghiệp xe tải Nikola của Hoa Kỳ cũng đang phải vật lộn để có chỗ đứng.
Tấm pin hydro năng lượng mặt trời đang đến với nhiên liệu hóa thạch của bạn
Nếu lĩnh vực vận tải không thành công, lĩnh vực khử cacbon trong công nghiệp vẫn đang vẫy gọi. Với suy nghĩ đó, vào ngày 24 tháng 10, SunHydrogen đã báo cáo tiến độ công việc của mình với CTF. Công ty đã đạt được hiệu suất năng lượng mặt trời thành hydro là 10,8% cho lô mô-đun năng lượng mặt trời 100cm² đầu tiên, được công ty mô tả là tỷ lệ hàng đầu trong ngành trong lĩnh vực quang điện hóa.
Điều đó đưa chúng ta đến với tin tức mới nhất, trong đó công ty đã mở rộng quy mô công nghệ năng lượng mặt trời thành hydro và chứng minh thành công trên tấm pin mặt trời 1m². Thử nghiệm được tiến hành ngoài trời ở nhiệt độ dưới mức đóng băng tại phòng thí nghiệm SunHydrogen ở Iowa. Sau khi vượt qua cột mốc đó, bước tiếp theo sẽ là 25 mét vuông trở lên.
Cho dù công nghệ hydro xanh của công ty được áp dụng cho nhiên liệu vận tải hay hoạt động công nghiệp, SunHydrogen nhấn mạnh rằng các tấm pin này là giải pháp ngoài lưới điện. Đó là một cân nhắc quan trọng đối với các ứng dụng quy mô tiện ích, có thể bị trì hoãn trong thời gian dài chờ đợi để được phép kết nối với lưới điện.
Công ty cũng lưu ý đến khả năng mở rộng quy mô. Các tấm pin có thể tạo ra hydro xanh trong các mảng nhỏ hoặc lớn, được đặt tại hoặc gần điểm sử dụng. Điều đó có thể giúp giảm chi phí phân phối và lưu trữ, cả hai yếu tố này gần đây đều được coi là những yếu tố góp phần đáng kể vào chi phí cao của hydro xanh.
Ví dụ, đầu năm nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard đã kết luận rằng việc triển khai hydro xanh sẽ chỉ giới hạn ở sản xuất amoniac và các trường hợp thích hợp khác trừ khi có thể giảm chi phí, bao gồm chi phí lưu trữ và phân phối cũng như chi phí điện phân.
