Hydrogen là một loại khí hữu ích. Cho dù bạn muốn làm nổi một chiếc khinh khí cầu, cung cấp nhiên liệu cho một chiếc xe tải hay làm nóng một quy trình công nghiệp, hydro đều có thể thực hiện được công việc đó. Tuy nhiên, sản xuất nó hiện đang là một vấn đề khó khăn. Mặc dù nó có thể được sản xuất sạch bằng năng lượng tái tạo, nhưng việc tách nó ra khỏi nhiên liệu hydrocacbon bằng các quy trình gây ô nhiễm đáng kể thường rẻ hơn nhiều.
Tuy nhiên, có những phương pháp để tạo ra hydro hiệu quả hơn trong một quy trình sạch và bền vững. mà cũng tạo ra nhiệt hữu ích và oxy như các sản phẩm phụ. Chìa khóa của quá trình? Nắng tập trung
.CHIA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Hydrogen được quảng cáo là nhiên liệu sạch của tương lai, nhờ thực tế là nó có thể được đốt cháy hoặc sử dụng để sản xuất điện với lượng khí thải tối thiểu hoặc không phát thải. Nó được quảng cáo là nhiên liệu tiềm năng cho ô tô , xe tải , tàu hỏa , máy bay và thậm chí cả thiết bị xây dựng. Tuy nhiên, trong khi bản thân hydro sạch, thì việc tạo ra nó thường không. Cuộc đua đang diễn ra để tìm ra một phương pháp sản xuất hydro sạch trên quy mô lớn, với các nhà nghiên cứu đang điều tra mọi thứ, từ các hạt nano đến các quy trình nhiệt phân tiên tiến. Bất cứ khi nào bạn nghe mọi người nói về “hydro xanh”, thì đây là ý nghĩa của họ: hydro được sản xuất mà không có bất kỳ khí thải nhà kính khó chịu nào.
Một sơ đồ của hệ thống cùng với sơ đồ quy trình đồng thời của nó. Tín dụng: Holmes-Gentle, Tembhurne, Suter & Haussener (2023)
Với mục tiêu sản xuất hydro cực kỳ sạch. các nhà nghiên cứu đã chứng minh một nhà máy thí điểm ở quy mô kilowatt sử dụng công nghệ thủy phân năng lượng mặt trời, theo một bài báo đăng trên tạp chí Nature. Hệ thống này chạy bằng nước máy thành phố, được chạy qua nhiều bộ lọc hạt và máy khử ion để chuẩn bị cho lò phản ứng. Bên trong lò phản ứng, nước khử ion được làm nóng bằng ánh sáng được thu bởi một đĩa gương hình parabol có đường kính 7 mét, hoạt động như một bộ tập trung để tối đa hóa năng lượng mặt trời đến lò phản ứng. Ánh sáng này không chỉ làm nóng nước mà còn chiếu tới bảng quang điện cung cấp năng lượng để chạy tế bào điện phân PEM, đây là thứ thực sự phân tách nước thành hydro và oxy.
Chìa khóa của hệ thống là mục đích kép của đầu vào năng lượng mặt trời. Ý tưởng cơ bản nhất là chỉ cần sử dụng năng lượng mặt trời từ hệ thống quang điện để cung cấp năng lượng cho tế bào điện phân PEM. Tuy nhiên, trong trường hợp này, năng lượng mặt trời cũng được sử dụng để làm nóng nước giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của quá trình điện hóa.
Một cách tiếp cận toàn diện cũng tối đa hóa giá trị kinh tế do hệ thống tạo ra. Nhiệt thải ra từ hệ thống được thu lại bằng bộ trao đổi nhiệt, nơi nhiệt thải ra có thể được sử dụng cho nhiều mục đích sưởi ấm bên ngoài. Ngoài ra, hệ thống không chỉ tạo ra hydro mà cả oxy. Mặc dù điều này không hữu ích trực tiếp như một loại nhiên liệu, nhưng nó vẫn hữu ích cho nhiều ứng dụng công nghiệp và y tế.
Nhà máy thí điểm sản xuất khoảng nửa kg hydro mỗi ngày. Điều đó đủ để cung cấp năng lượng cho một chiếc ô tô hydro duy nhất cho một người châu Âu đạt được số dặm trung bình hàng năm khá cao. Ngoài ra, việc lắp đặt như vậy có thể cung cấp khoảng một nửa nhu cầu điện và hơn một nửa nhu cầu nhiệt hàng năm của một hộ gia đình Thụy Sĩ trung bình. Tuy nhiên, trên thực tế, năng lượng mặt trời quang điện thẳng sẽ đơn giản hơn nhiều trong trường hợp này.
Bộ tập trung năng lượng mặt trời theo dõi mặt trời theo hai trục để tận dụng tối đa nguồn năng lượng mặt trời sẵn có. Tín dụng: EPFL, YouTube
Các kế hoạch đã sẵn sàng để xây dựng một hệ thống lớn hơn ở quy mô nhiều trăm kilowatt, sẽ sản xuất hydro để sử dụng trong một nhà máy sản xuất kim loại của Thụy Sĩ. Nó cũng sẽ cung cấp oxy cho mục đích y tế và cung cấp nước nóng cho nhà máy.
Ngẫu nhiên, nếu bạn quan tâm đến việc thiết kế hệ thống tương tự của riêng mình, thì sẽ có trợ giúp. École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) đã phát hành công cụ Tối ưu hóa thiết bị quang điện hóa năng lượng mặt trời, hay viết tắt là SPECDO . Về cơ bản, đó là một trang web chứa đầy các máy tính xác định các thông số hiệu suất của một máy phát hydro năng lượng mặt trời nhất định. Tuy nhiên, bạn sẽ cần phải khá thông minh với kỹ thuật của mình và tìm cách tìm nguồn cung cấp chất điện phân PEM hiệu quả cho thiết kế của mình.
Nếu hydro thực sự trở thành nhiên liệu chính của tương lai, thì các quá trình quang hóa năng lượng mặt trời để tạo ra nó một cách hiệu quả sẽ là chìa khóa. Không có ích gì khi chi những khoản tiền khổng lồ để chuyển đổi giao thông vận tải và công nghiệp sang nhiên liệu hydro nếu chúng ta sản xuất nó theo cách vẫn tạo ra khí thải nhà kính. Đồng thời, nghiên cứu này cho thấy rằng hydro vẫn không phải là giải pháp hiệu quả cho mọi vấn đề của chúng ta. Nó đòi hỏi kỹ thuật và sự tinh tế đáng kể để tạo ra nhiên liệu sạch hơn so với nhiên liệu mà nó dự định thay thế.
