Tạo năng lượng từ vỏ chuối
Nguồn phong phú: Vỏ chuối khô có hàm lượng hydro là 5%, và 33% là carbon | Nguồn ảnh: Getty Images
Năng lượng trong hydro có thể được khai thác bằng cách tạo ra điện với nó
Trong bộ phim khoa học viễn tưởng Back to the Future năm 1985, một nhà phát minh tài giỏi đã sửa đổi chiếc ô tô của mình thành cỗ máy thời gian chạy bằng plutonium và du hành ngược dòng thời gian. Trong một chuyến thăm vào năm 2015, anh ấy đã cập nhật động cơ của mình để giờ đây nó sẽ có bất kỳ dạng vật chất nào để tạo ra năng lượng - ngay cả một hoặc hai củ cà rốt ném vào “xe tăng” cũng sẽ làm được.
Chà, năm 2015 đã trôi qua chúng ta. Các phương tiện sử dụng động cơ nhiệt hạch vẫn đang ở ngoài đường chân trời. Và chúng tôi tiếp tục hy vọng về những cách mới và tốt hơn để khai thác năng lượng sạch từ các nguồn tái tạo. Chẳng hạn như cà rốt, hoặc có thể là chuối - đó thực sự là những gì đã đạt được bởi một nhóm nghiên cứu làm việc tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne (Khoa học Hóa học, 2022).
Phiên bản tách chuối của họ liên quan đến việc tách sinh khối - vỏ chuối, vỏ cam, gáo dừa - bằng các tia sáng phát ra từ đèn xenon.
Sự hấp dẫn của hydro
Nhưng trước khi xem xét cách tiếp cận sáng tạo này, hãy giới thiệu đôi nét về điều khiến hydro trở thành một nguồn năng lượng hấp dẫn. Lưu trữ một lượng lớn năng lượng trong một khoảng không gian khiêm tốn là một yêu cầu quan trọng và hydro có khả năng lưu trữ năng lượng ấn tượng. Trong khi phân loại nhiên liệu theo giá trị năng lượng của chúng (còn gọi là giá trị cấp nhiệt), các yếu tố quyết định là carbon, hydro và oxy. Hiđro có giá trị năng lượng gấp bảy lần cacbon.
Trong quá trình đốt gỗ, carbon và hydro bị oxy hóa trong một phản ứng sinh nhiệt, sản phẩm cuối cùng là carbon dioxide và nước. Khí trước đây là khí nhà kính, góp phần làm trái đất nóng lên. Quá trình đốt cháy hydro chỉ cho chúng ta nước và nhiệt. Một cách thông minh hơn để khai thác năng lượng trong hydro là tạo ra điện từ nó. Điều này đạt được trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton, trong đó, với sự có mặt của chất xúc tác kim loại, phân tử hydro được phân tách thành proton và electron, với các electron cung cấp đầu ra dòng điện.
Phương tiện vận tải
Các pin nhiên liệu như vậy hiện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một số phương tiện vận tải hành khách hạng nhẹ ở một số nơi trên thế giới. Không giống như ô tô điện, ô tô chạy bằng hydro có thời gian tiếp nhiên liệu chỉ khoảng năm phút. Những chiếc ô tô chạy bằng hydro bán sẵn trên thị trường có bình nhiên liệu có thể chở 5-6 kg hydro nén, với mỗi kg cung cấp phạm vi hoạt động khoảng 100 km (và thải ra 9 lít nước, chủ yếu là hơi nước).
Sự phổ biến hạn chế của hydro làm nhiên liệu là do hạn chế sản xuất và phân phối. An toàn hơn để xử lý so với gas nấu ăn trong nước.
Lượng khí Hydro ở cấp độ công nghiệp được sử dụng trong các quá trình như sản xuất amoniac để làm phân bón. Hơn 90% hydro trên thế giới được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch.
Điều này đưa chúng ta trở lại việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế không đánh thuế môi trường. Biomass là một thuật ngữ chung chỉ chất thải hữu cơ có nguồn gốc động thực vật. Nó là một nguồn giàu hydro và carbon - vỏ chuối khô của chúng tôi có hàm lượng hydro là 5% và 33% là carbon. Mục tiêu quan trọng của tất cả các giao thức kiềm chế biến đổi khí hậu là cô lập càng nhiều carbon càng tốt - đừng để nó trở thành khí.
Nhóm người Thụy Sĩ sử dụng phương pháp nhiệt phân, trong đó chất hữu cơ được phân hủy bằng cách sử dụng các vụ nổ nhỏ ở nhiệt độ mạnh trong điều kiện trơ.
Các tia bức xạ từ đèn xenon cung cấp nhiệt - tổng cộng 15 mili giây chiếu xạ đủ để làm nóng hệ thống đến 600 độ C, và phân hủy một kg bột vỏ chuối - giải phóng 100 lít khí hydro.
Một đợt năng lượng quang nhiệt ngắn này cũng tạo ra 330 gam than sinh học, một chất cặn rắn rất giàu cacbon.
Điều đáng chú ý ở đây là nếu sinh khối bị đốt cháy, carbon ở thể khí sẽ thoát ra dưới dạng carbon monoxide và carbon dioxide. Quá trình nhiệt phân đảm bảo rằng cacbon vẫn được cô lập dưới dạng chất rắn.
Lợi ích của than sinh học
Than sinh học cũng có những công dụng khác - ngoài việc giữ an toàn carbon, than sinh học còn có một số công dụng trong nông nghiệp.
Thức ăn thừa nông nghiệp như trấu là nguồn sinh khối chính và than sinh học mà nó tạo thành có hàm lượng khoáng chất đáng kể. Thêm nó vào đất làm giàu chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Bản chất xốp của than sinh học làm cho nó thích hợp để xử lý - hấp phụ các chất độc hại trong đất ô nhiễm - do đó làm giảm hiệu lực của các chất gây ô nhiễm trong đất (Annals Agric. Sci., 2019).
Sinh khối, có thể là từ vỏ chuối, hoặc vỏ cây hoặc phân gia cầm, do đó cải thiện chất lượng không khí và tăng thêm giá trị cho nông sản - đồng thời thiết lập chuyển động của chiếc xe không phát thải.
