Than đá: Một nguồn tài nguyên tái tạo? Mở khóa khả năng lưu trữ hydro

Than đã được phát hiện như một phương tiện lưu trữ hydro tiềm năng, cung cấp giải pháp năng lượng sạch với cơ sở hạ tầng và cơ hội kinh tế hiện có.

Các nhà khoa học từ Đại học Penn State đã có một khám phá bất ngờ trong khi nghiên cứu sản xuất hydro như một nguồn năng lượng tái tạo giúp giảm bớt sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch . Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng than đá, thường được kết nối với quá trình sản xuất năng lượng truyền thống, có thể được sử dụng để lưu trữ khí hydro. 

Việc lưu trữ hydro một cách hiệu quả và tiết kiệm đã chứng tỏ là một thách thức, điều này đặt ra một rào cản đáng kể đối với việc phát triển chuỗi cung ứng năng lượng bền vững. Sự đổi mới này có thể giải quyết vấn đề đó.

Trưởng nhóm nghiên cứu Shimin Liu, phó giáo sư kỹ thuật năng lượng và khoáng sản tại Penn State, giải thích: "Chúng tôi thấy rằng than đá có thể là loại pin hydro địa chất này. Bạn có thể bơm và lưu trữ năng lượng hydro và có nó ở đó khi bạn cần sử dụng." Tiết lộ này mở ra khả năng cho than đá đóng vai trò then chốt trong tương lai của năng lượng sạch.

Tiềm năng của than như một giải pháp lưu trữ hydro

Với tiếng là đốt sạch, hydro cho thấy tiềm năng cung cấp nhu cầu năng lượng của các ngành công nghiệp tiêu thụ cao, bao gồm vận tải, phát điện và sản xuất. 

Tạo ra một cơ sở hạ tầng hydro, bao gồm các giải pháp lưu trữ thực tế, vẫn là một trở ngại lớn. Để xử lý các biến thể về nhu cầu năng lượng, các thành tạo địa chất đã trở thành một khả năng đầy hứa hẹn cho việc lưu trữ hydro trên diện rộng.

Than phù hợp để lưu trữ hydro địa chất vì nó có thể tiếp cận rộng rãi và có cơ sở hạ tầng tích hợp. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra tám loại than và xác định rằng than bitum có độ bay hơi thấp từ phía đông Virginia và than antraxit từ phía đông Pennsylvania là tốt nhất. 

Giống như sự hấp thụ khí mê-tan vào than, các mỏ khí mê-tan trong lòng than đã cạn kiệt có thể lưu trữ hydro. Những thành tạo này đóng vai trò là con dấu và thường được bao phủ bởi các lớp đá phiến sét hoặc đá bùn. 

Ái lực hydro cụ thể của than được khắc phục bằng máy móc chuyên dụng được phát triển thông qua thử và sai. Khám phá này tạo cơ hội để hồi sinh các thị trấn khai thác than và xây dựng cơ sở hạ tầng hydro. Khả năng lưu trữ khí đốt của than khiến cho một tương lai năng lượng sạch ngày càng trở nên khả thi hơn.

Phun hydro và cơ hội kinh tế

Để tính toán tốc độ mà hydro có thể được bơm vào và thu hồi từ than trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch điều tra khả năng khuếch tán và tính thấm động. Họ cũng nhấn mạnh các cơ hội kinh tế mà các khu vực khai thác than có thể có, vì sự thay đổi năng lượng đã tác động lớn đến các cộng đồng này. 

Bằng cách tái sử dụng những khu vực này, việc xây dựng cơ sở hạ tầng lưu trữ hydro có thể mở ra những khả năng mới trong khi sử dụng các kỹ năng sẵn có của các kỹ sư năng lượng.

Penn State có vị trí hoàn hảo để dẫn đầu nghiên cứu này và đóng góp vào cơ sở hạ tầng hydro của quốc gia nhờ nguồn cung cấp than và khí đốt tự nhiên dồi dào cũng như kinh nghiệm kinh doanh và kỹ thuật thiết yếu. Khả năng về một tương lai năng lượng sạch hơn và bền vững hơn ngày càng trở nên khả thi hơn khi than hoạt động như một loại pin hydro địa chất.

Tóm tắt nghiên cứu:

Một nền kinh tế hydro quy mô đầy đủ đòi hỏi một hệ thống lưu trữ năng lượng lớn để lưu trữ năng lượng dư thừa như một bộ đệm và đáp ứng nhu cầu liên tục. Khả năng hấp thụ hydro và hành vi khuếch tán trong than định lượng tiềm năng của nó để trở thành một ứng cử viên lưu trữ tốt từ các thành tạo địa chất. Trong nghiên cứu này, sự hấp thụ và các hành vi hấp thụ và khuếch táncủa tám loại than trên khắp các mỏ than lớn ở Hoa Kỳ về thứ hạng, hàm lượng carbon cố định, hệ số phản xạ vitrinit, hàm lượng vitrinit hoặc huminite, tỷ lệ O/C và tỷ lệ H/C đã được đo và phân tích. Dữ liệu hấp phụ cho thấy cả 8 loại than đều có khả năng hấp phụ đáng kể, trong đó than LvB có khả năng hấp phụ cực đại ∼ 1,17 mmol/g, tiếp theo là than An có khả năng hấp phụ hydro cực đại ∼ 0,95 mmol/g và than SemiAn xấp xỉ 0,82 mmol/g. Hàm lượng cacbon cố định và điển hình là tỷ lệ O/C rõ ràng có tương quan với khả năng hấp phụ hydro tối đa trong than, khả năng này có thể được quy cho các nhóm chức năng chứa oxy. Hydrogen có khả năng phân phối khí khuếch tán vượt trội được xác định bởi độ khuếch tán hiệu quả của hydro. Độ khuếch tán hiệu quả của hydro trong than SemiAn giảm từ ∼ 0,00156 xuống ∼ 9,26 ×10^4 1/s với áp suất tăng từ ∼ 2,45 MPa lên ∼ 10,07 MPa, trong đó độ khuếch tán thấp nhất ở mức ∼ 10,07 MPa thậm chí cao hơn ∼ 4 lần so với của CH4 ở áp suất tương đương. Đây là một thuận lợi cho một ứng cử viên đầy triển vọng trong lĩnh vực lưu trữ hydro trong than với khả năng bơm tối đa. Kết quả cho thấy rằng các hành vi hấp thụ và khuếch tán của hydro trong các loại than khác nhau đối với sự hình thành khí mêtan trong lớp than đã cạn kiệt với hydro được bơm vào có thể đóng vai trò là “Pin H2” địa chất. Đây là một thuận lợi cho một ứng cử viên đầy triển vọng trong lĩnh vực lưu trữ hydro trong than với khả năng bơm tối đa. Kết quả cho thấy rằng các hành vi hấp thụ và khuếch tán của hydro trong các loại than khác nhau đối với sự hình thành khí mêtan trong lớp than đã cạn kiệt với hydro được bơm vào có thể đóng vai trò là “Pin H2” địa chất. Đây là một thuận lợi cho một ứng cử viên đầy triển vọng trong lĩnh vực lưu trữ hydro trong than với khả năng bơm tối đa. Kết quả cho thấy rằng các hành vi hấp thụ và khuếch tán của hydro trong các loại than khác nhau đối với sự hình thành khí mêtan trong lớp than đã cạn kiệt với hydro được bơm vào có thể đóng vai trò là “Pin H2” địa chất.