Sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời: Con đường dẫn đến tương lai không phát thải
Thế giới đang rất cần các nguồn năng lượng sạch và bền vững khi chúng ta phải đối mặt với thách thức khó khăn của biến đổi khí hậu. Thỏa thuận Paris, được 196 quốc gia ký kết vào năm 2016, nhằm mục đích hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức dưới 2 độ C so với mức thời kỳ tiền công nghiệp. Để đạt được mục tiêu này, cần phải có sự thay đổi đáng kể đối với các nguồn năng lượng tái tạo. Một giải pháp đầy hứa hẹn là sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời, có khả năng cung cấp nguồn nhiên liệu không phát thải cho các ứng dụng khác nhau, bao gồm vận chuyển và phát điện.
Hydro là một nguyên tố phong phú có thể được sử dụng làm nguồn nhiên liệu sạch, vì sản phẩm phụ duy nhất của nó khi bị đốt cháy là nước. Tuy nhiên, phần lớn sản xuất hydro ngày nay có nguồn gốc từ khí tự nhiên, bao gồm một quá trình gọi là cải cách mêtan hơi nước. Phương pháp này thải ra một lượng đáng kể carbon dioxide, phủ nhận lợi ích môi trường của việc sử dụng hydro làm nhiên liệu. Để thực sự khai thác tiềm năng của hydro như một nguồn năng lượng sạch, chúng ta phải tìm cách sản xuất nó mà không tạo ra khí thải nhà kính.
Sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời mang đến một con đường đầy hứa hẹn hướng tới một tương lai không phát thải. Quá trình này liên quan đến việc sử dụng ánh sáng mặt trời để phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy, một quá trình được gọi là điện phân nước bằng năng lượng mặt trời. Có hai cách tiếp cận chính để đạt được điều này: hệ thống quang điện-điện phân và tế bào quang điện hóa.
Hệ thống quang điện-điện phân kết hợp pin mặt trời với máy điện phân, sử dụng điện do pin mặt trời tạo ra để phân tách nước thành hydro và oxy. Phương pháp này đã chứng minh thành công trong các ứng dụng quy mô nhỏ, chẳng hạn như cung cấp năng lượng cho các trạm thời tiết từ xa và cung cấp năng lượng dự phòng cho thiết bị viễn thông. Tuy nhiên, để tạo ra tác động đáng kể đến nhu cầu năng lượng toàn cầu, việc triển khai quy mô lớn các hệ thống quang điện-điện phân là cần thiết.
Mặt khác, các tế bào quang điện hóa tích hợp các thành phần hấp thụ ánh sáng và tách nước vào một thiết bị duy nhất. Những tế bào này có khả năng hiệu quả hơn các hệ thống quang điện-điện phân, vì chúng loại bỏ nhu cầu về pin mặt trời và máy điện phân riêng biệt. Tuy nhiên, sự phát triển của các tế bào quang điện hóa hiệu quả và ổn định vẫn là một thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu.
Bất chấp những thách thức này, những tiến bộ gần đây trong sản xuất hydro chạy bằng năng lượng mặt trời đã cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Úc đã phát triển một loại pin mặt trời có thể cung cấp năng lượng trực tiếp cho máy điện phân, đạt hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời thành hydro là 17,6%. Đây là một cải tiến đáng kể so với các hệ thống trước đây, thường có hiệu suất dưới 10%. Ngoài ra, các nhà khoa học tại Helmholtz-Zentrum Berlin đã phát triển một tế bào quang điện hóa với hiệu suất phá kỷ lục 14%, chứng tỏ tiềm năng của công nghệ này.
Việc áp dụng rộng rãi sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời sẽ mang lại nhiều lợi ích. Ngoài việc cung cấp nguồn nhiên liệu sạch và bền vững, hydro còn có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa, giải quyết vấn đề gián đoạn liên quan đến năng lượng mặt trời. Hơn nữa, hydro có thể được vận chuyển và phân phối dễ dàng, khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các cộng đồng ở vùng sâu vùng xa và không có lưới điện.
Chính phủ và các công ty tư nhân trên khắp thế giới đang nhận ra tiềm năng sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời và đang đầu tư vào nghiên cứu và phát triển để thúc đẩy công nghệ này. Ví dụ, Liên minh Châu Âu đã đưa ra Sáng kiến Hydro xanh nhằm mục đích phát triển các cơ sở sản xuất hydro quy mô lớn được cung cấp bởi các nguồn năng lượng tái tạo. Tương tự, các công ty như Toyota và Hyundai đang đầu tư vào công nghệ pin nhiên liệu hydro cho các ứng dụng vận tải.
Tóm lại, sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời mang đến một con đường đầy hứa hẹn hướng tới một tương lai không phát thải. Bằng cách khai thác sức mạnh của mặt trời để sản xuất nhiên liệu hydro sạch và bền vững, chúng ta có thể giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và tiến gần hơn đến việc đạt được các mục tiêu đặt ra trong Thỏa thuận Paris. Với việc tiếp tục nghiên cứu và đầu tư, sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời có tiềm năng cách mạng hóa bối cảnh năng lượng toàn cầu và giúp giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.
