Sản xuất hydro xám và ứng dụng trong pin nhiên liệu
Ngày 5/2/2026
Hydro xám được sản xuất từ methane (CH₄), chủ yếu có nguồn gốc từ khí tự nhiên. Mặc dù methane cũng có thể được tạo ra từ khí sinh học (từ chất thải hữu cơ) hoặc được tổng hợp nhân tạo, thuật ngữ “hydro xám” chỉ các trường hợp sử dụng methane có nguồn gốc hóa thạch.
Quy trình sản xuất chính là cải tạo methane bằng hơi nước (Steam Methane Reforming – SMR). Trong quy trình này, methane phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao (khoảng 700–1000 °C) với sự hỗ trợ của chất xúc tác.
Bước 1: Phản ứng cải tạo bằng hơi nước
-
Methane phản ứng với hơi nước để tạo ra hydro và carbon monoxide.
-
Phản ứng này là thu nhiệt (endothermic), tức là cần cung cấp năng lượng.
-
Đây không phải là quá trình đốt cháy, không có ngọn lửa.
Bước 2: Phản ứng chuyển đổi khí nước (Water–Gas Shift)
-
Carbon monoxide tiếp tục phản ứng với hơi nước để tạo thêm hydro.
-
Carbon dioxide (CO₂) được sinh ra như một sản phẩm phụ.
Hydro (H₂) được tạo thành, nhưng CO₂ cũng được phát thải trong quá trình này. Do đó, loại hydro này được gọi là hydro xám: bản thân hydro là nhiên liệu sạch, nhưng quá trình sản xuất lại phát thải khí nhà kính.
Nếu lượng CO₂ sinh ra được thu giữ và lưu trữ lâu dài, hydro đó được phân loại là hydro xanh dương (blue hydrogen).
Quá trình tinh sạch hydro
Sau quá trình SMR, hỗn hợp khí thu được bao gồm hydro (H₂), carbon dioxide (CO₂), carbon monoxide (CO) và hơi nước (H₂O). Để đạt được độ tinh khiết cao, hydro thường được tinh sạch bằng các công nghệ như hấp phụ luân phiên áp suất (Pressure Swing Adsorption – PSA). Độ tinh khiết cao là yêu cầu bắt buộc đối với các ứng dụng pin nhiên liệu.
Phát điện bằng pin nhiên liệu
Hydro có thể được sử dụng để phát điện thông qua pin nhiên liệu, hoạt động dựa trên phản ứng điện hóa thay vì đốt cháy.
-
Tại cực dương (anode):
Phân tử hydro tách thành proton và electron. Electron đi qua mạch điện bên ngoài, tạo ra dòng điện. -
Tại cực âm (cathode):
Proton kết hợp với oxy và electron để tạo thành nước.
Pin nhiên liệu không đốt hydro và không tạo ra CO₂ trong quá trình phát điện. Sản phẩm đầu ra trực tiếp chỉ là điện năng và nước.
Tuy nhiên, nếu hydro sử dụng là hydro xám, CO₂ đã được phát thải từ giai đoạn sản xuất trước đó.
Ứng dụng hydro xám trong giao thông vận tải
Hydro được lưu trữ hoặc phân phối có thể được sử dụng để vận hành các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu. Xe ô tô, xe buýt và xe tải chạy pin nhiên liệu hydro tạo ra điện ngay trên phương tiện và chỉ thải ra hơi nước.
Mặc dù các phương tiện sử dụng hydro xám là sạch tại điểm sử dụng, lượng CO₂ phát sinh trong quá trình sản xuất hydro vẫn góp phần vào tổng phát thải khí nhà kính.
Công nghệ này hiện đã được triển khai thương mại, tiêu biểu là các dòng xe hydro như Toyota Mirai, cũng như các hệ thống xe buýt hydro đang vận hành tại châu Âu và châu Á.
