Năng lượng sạch để sản xuất hydro xanh

Bỉ có thể sản xuất 250 lít khí hydro mỗi ngày từ năng lượng mặt trời

Nhóm nghiên cứu thuộc Trường Đại học tư thục Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven) nước Bỉ cho biết, đang phát triển một tấm pin năng lượng mặt trời, có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng trực tiếp thành hydro, sử dụng độ ẩm trong không khí.  

Hydro không tạo ra khí thải nhà kính hoặc ô nhiễm không khí khi sử dụng trong các pin nhiên liệu cho các phương tiện hoạt động hoặc sưởi ấm nhà. Nhưng hiện nay, hydro được sản xuất bằng quy trình công nghiệp sử dụng khí tự nhiên. Công nghệ truyền thống này xả nhiều khí thải vào khí quyển.

Một số doanh nghiệp trên thế giới đang sản xuất hydro "xanh" bằng phương pháp điện phân, phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy từ các nguồn tái tạo như điện gió và năng lượng mặt trời.

GS Johan Martens và nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Hóa học bề mặt và Xúc tác (Đại học KU Leuven) công bố một nguyên mẫu pin mặt trời, có thể sản xuất trung bình 250 lít hydro mỗi ngày trong vòng một năm, được coi là kỉ lục thế giới. 

Nhóm nghiên cứu cho rằng, một gia đình sống trong một ngôi nhà cách nhiệt tốt ở Bỉ có thể sử dụng khoảng 20 tấm pin này, đáp ứng đủ nhu cầu điện năng và sưởi ấm trong một năm. Tấm pin năng lượng mặt trời có chiều dài 1,65 m, có công suất định mức khoảng 210 W. Hệ thống có thể chuyển đổi 15% năng lượng mặt trời thu nhận được thành hydro.

Đây là thành tựu đáng kể đạt được sau 10 năm nghiên cứu. Năm 2020, các nhà khoa học quốc tế cho biết đạt được hiệu suất 19% sản xuất hydro từ phân tách nước trực tiếp bằng năng lượng mặt trời. 

Phòng thí nghiệm của Martens, chuyên về chất xúc tác, màng và chất hấp phụ giữ bí mật về công nghệ này. Các nhà khoa học chỉ tiết lộ, họ đã phát triển được một hệ thống rất hiệu quả hút nước từ không khí, phân tách thành hydro sử dụng năng lượng mặt trời.  

Trong những năm gần đây, các kỹ sư đã nghiên cứu tính hiệu quả của nhiều loại vật liệu như các tế bào năng lượng mặt trời silicon đa điểm tiếp giáp xốp với “kích thước lỗ đường kính micromet”; Chất xúc tác màng mỏng làm từ mangan (III) oxit; Màng trao đổi anion poly (rượu vinyl) với sự tham gia của dung dịch kali hydroxit và các chất xúc tác từ niken. 

GS Johan Martens, trong một phóng sự của mạng lưới truyền thông cộng đồng VTR phát biểu: "Nhóm khoa học sử dụng nguyên liệu giá rẻ thay cho kim loại quý và các thành phần đắt tiền khác. Chúng tôi muốn thiết kế một thiết bị bền vững, giá cả phải chăng và có thể được sử dụng ở mọi nơi". 

Nhóm nghiên cứu lên kế hoạch kiểm tra ứng dụng thực tế nguyên mẫu tại một ngôi nhà ở thị trấn nông thôn Oud-Heverlee. Hydro được lưu trữ trong một bình áp suất nhỏ dưới lòng đất vào mùa hè, sau đó được dẫn khắp nhà để vào mùa đông.

Theo kế hoạch này, nhóm Martens sẽ lắp đặt 20 tấm pin tại ngôi nhà hoặc xây dựng một hệ thống khu dân cư lớn hơn để cho phép các gia đình khác cùng sử dụng hydro “xanh” để đánh giá kết quả thử nghiệm.

Hydro "xanh" sẽ góp phần giúp cải thiện môi trường trong tương lai

Hydro được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm trong vai trò là một nguồn năng lượng sạch thay thế nhiên liệu hóa thạch. Hydro còn được chú trọng như một chiến lược lưu trữ năng lượng để tận dụng triệt để những lợi ích của năng lượng tái tạo, đáp ứng nhu cầu chuyển dịch năng lượng và giải quyết các vấn đề môi trường trong khi vẫn đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Năm 2020, Ủy ban châu Âu (EC) đã công bố “Chiến lược hydro mới”, kéo dài từ năm 2020 đến 2050, mục tiêu loại bỏ dần khí thải phát nhà kính trong tất cả lĩnh vực trên toàn Liên minh châu Âu, đồng thời phát triển hơn nữa hydro tái sử dụng. Hiện EU có hơn 70 dự án nghiên cứu và phát triển hydro đang được tiến hành bởi các Chính phủ, các trường đại học và doanh nghiệp.

Trong khối EU, Đức đang hướng tới trở thành nhà sản xuất và cung cấp hydro hàng đầu thế giới. Tháng 6/2020, với “Chiến lược hydro quốc gia”, Nội các Đức đã đồng ý chi 9 tỉ EUR (10,2 tỉ USD) nhằm hiện thực hóa mục tiêu này. Trong khi đó, chính phủ Pháp hướng đến sử dụng 10% hydro xanh trong công nghiệp vào năm 2022 và tăng lên tỉ lệ 20-40% vào năm 2027. Romania cũng đưa ra một tín hiệu mạnh mẽ về sự ủng hộ đối với hydro xanh bằng cách thành lập Trung tâm ROHYDROHUB chuyên hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực hydro.

Ở châu Á, Nhật Bản là quốc gia tiên phong nghiên cứu, phát triển công nghệ và hướng đến nền kinh tế hydro. Từ năm 1992, Nhật Bản đã thiết lập Mạng lưới năng lượng sạch quốc tế sử dụng hydro – một chương trình tập trung nghiên cứu, phát triển những công nghệ hydro trong 10 năm. Từ đó đến nay, Nhật Bản đã đưa ra nhiều kế hoạch, lộ trình chiến lược quốc gia về hydro và pin nhiên liệu.

Hàn Quốc cũng nhắm đến mục tiêu đứng hàng đầu thế giới về thị phần xe ô tô chạy bằng hydro và pin nhiên liệu hydro. Chính phủ nước này đã thống nhất áp dụng “Chế độ bắt buộc phát điện bằng Hydro” (HPS) cho tới năm 2022 nhằm phổ biến một cách hệ thống pin nhiên liệu hydro với trọng tâm mở rộng nền kinh tế hydro.

Nguyễn Linh (T/h)