Các nhà khoa học phát triển nhiên liệu 'xanh' mới: chất lỏng ngậm hydro

Hệ thống nhiên liệu sử dụng chất xúc tác để tách hydro. Ảnh minh họa Scitech Daily

Trang Scitech Daily, dẫn Báo cáo khoa học của trường Đại học Lund cho biết: Hệ thống nhiên liệu xanh của các nhà khoa học Thụy Điển sử dụng một chất lỏng độc đáo, khi kết hợp với chất xúc tác rắn sẽ chuyển thành nhiên liệu hydro cho ô tô. Điểm đặc biệt là sau khi sử dụng nhiên liệu, chất lỏng đã qua sử dụng được lấy ra khỏi bình chứa của xe và nạp lại hydro, sẵn sàng cho tái sử dụng. Quy trình đặc biệt ấn tượng này tạo thành một hệ thống vòng tròn khép kín, triệt để trung hòa carbon, giảm tác động đến môi trường.

Trong 2 bài báo, công bố kết quả nghiên cứu, các nhà khoa học của Đại học Lund đã chứng minh được phương pháp mới có hiệu quả trong sử dụng, mặc dù đây là công trình nghiên cứu cơ bản nhưng giải pháp này có tiềm năng trở thành một hệ thống lưu trữ hydro trong tương lai.

Ola Wendt, Giáo sư tại Khoa Hóa học Đại học Lund, một trong những tác giả công trình nghiên cứu cho biết: “Chất xúc tác của chúng tôi là một trong những chất hiệu quả nhất hiện nay, nếu xem xét những nghiên cứu được công bố rộng rãi”.

Giải quyết tác động đến môi trường và sử dụng nhiên liệu hydro

Hiện nay, trên toàn thế giới, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm kiếm những phương pháp sản xuất, lưu trữ và chuyển đổi năng lượng mới nhằm giảm lượng khí thải carbon dioxide từ nhiên liệu hóa thạch, giảm thiểu tác động tiêu cực đến khí hậu môi trường.

Khí hydro được quan tâm đặc biệt và xác định là giải pháp lưu trữ năng lượng và là nhiên liệu của tương lai. Thiên nhiên lưu trữ và cung cấp năng lượng dưới dạng các liên kết hóa học từ đơn chất, hydro là vật chất chứa mật độ năng lượng cao nhất so với trọng lượng của nó.

GS Ola Wendt cho biết: “Một thách thức rất lớn là khí hydro rất khó lưu trữ và vận chuyển, đòi hỏi phải có hạ tầng được thiết kế đặc biệt với chi phí cao, vì vậy chúng tôi nghiên cứu phát triển loại chất lỏng chứa hydro như nhiên liệu lỏng, có thể được cung cấp tại thiết bị bơm dân dụng, theo phương thức tương tự như đang được thực hiện tại các trạm xăng ngày nay”.

Ý tưởng đặc biệt này, được gọi là Chất mang hydro hữu cơ dạng lỏng (LOHC) không phải là mới. Khó khăn lớn hơn cả là tìm ra chất xúc tác hiệu quả nhất, có thể tách hydro ra khỏi chất lỏng.

Hệ thống nhiên liệu được thiết kế để hoạt động theo phương thức sử dụng chất lỏng được “ngậm” hydro. Trong cơ cấu của thiết bị năng lượng mới, chất lỏng được bơm qua chất xúc tác rắn để chiết xuất hydro. Chất lỏng có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu, chuyển đổi hóa học khí hydro thành điện năng, đồng thời chất lỏng “đã qua sử dụng” được chuyển sang bể chứa khác. Khí thải duy nhất là hơi nước.

Cung cấp nhiên liệu hydro và sản xuất quy mô lớn

Chất lỏng đã qua sử dụng sau đó sẽ được chuyển giao tại trạm nạp để phương tiện được tiếp nhiên liệu bằng chất lỏng tích hydro mới. Quy trình vòng tròn khép kín này cho thấy, có thể sản xuất chất lỏng tích hydro quy mô lớn, tương tự như các nhà máy lọc dầu hiện nay.

Ông Ola Wendt cho biết: “Chúng tôi đã tách thành công tới 99% khí hydro có trong chất lỏng.” Đây thực sự là một phát minh có giá trị đặc biệt, do các phương tiện lớn rất khó để có thể trang bị các gói pin lưu trữ khổng lồ để có được công suất cần thiết.

Các nhà hiện đang nghiên cứu, liệu có thể sử dụng loại nhiên liệu này cho các phương tiện giao thông lớn như xe buýt chạy đường dài, xe vận tải tầm xa và các loại máy bay dân dụng thương mại.

“Với những bình nhiên liệu lớn hiện có, các phương tiện có thể di chuyển được trên khoảng cách gần như bằng bình nhiên liệu diesel. Có thể mang theo được năng lượng nhiều hơn khoảng 50% so với bình hydro nén,” GS Ola Wendt nói.

Thành phần chất lỏng và những thách thức

Chất lỏng được sử dụng cho loại nhiên liệu mới là isopropanol, thành phần hóa chất phổ biến trong nước rửa màn hình TV, máy tính và hợp chất hữu cơ 4-methylpiperidine.

Đây thực sự là một phát minh có tính đột phá trong xu hướng sử dụng nhiên liệu hydro. Nhưng các nhà khoa học vẫn những thách thức rất lớn. Thứ nhất là thời gian tồn tại của chất xúc tác hạn chế. Thứ hai là iridium, vật chất được sử dụng trong chất xúc tác là một kim loại quý.

GS Ola Wendt giải thích: “Những tính toán của chúng tôi cho thấy, chất xúc tác cần khoảng 2 gram iridium cho mỗi chiếc ô tô. Những bộ chuyển đổi bằng chất xúc tác làm sạch khí thải ngày nay chứa khoảng 3 gam bạch kim, palladium và rhodium cũng là những kim loại quý.” Như vậy sử dụng iridium có thể sẽ kinh tế hơn nhiều.

Theo GS Ola Wendt, đây là giải pháp kỹ thuật trên cơ sở nghiên cứu cơ bản. Nếu ngành công nghiệp năng lượng quyết định sản xuất một sản phẩm hoàn chỉnh. Ông tin rằng ý tưởng này có thể sẵn sàng trong thời gian mười năm, nếu các nhà khoa học chứng minh được tính khả thi về kinh tế và được xã hội quan tâm.

Một thách thức có thể sẽ làm chậm công nghệ này, đó là quy trình sản xuất hydro. Hiện nay, phương pháp sản xuất hydro công nghiệp không thân thiện với môi trường do chủ yếu chiết xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Khi hydro xanh được sản xuất quy mô lớn hơn lượng hydro sản xuất hiện nay, khi đó hydro cần được lưu trữ và vận chuyển theo phương pháp an toàn và hiệu quả, vấn đề này không hề đơn giản. Đồng thời có những rủi ro về an toàn khi tiếp nhiên liệu bằng hydro nén. Các nhà khoa học thuộc Đại học Lund tin tưởng rằng, phương pháp mới sẽ giải quyết được vấn đề vận chuyển.

Ông Ola Wendt phân tích: “98% lượng hydro ngày nay có nguồn gốc từ hóa thạch, được sản xuất từ khí tự nhiên. Sản phẩm phụ là carbon dioxide gây hiệu ứng nhà kính. Từ quan điểm môi trường, ý tưởng sản xuất hydro để luyện thép, cung cấp cho pin nhiên liệu và sử dụng như nhiên liệu là vô nghĩa nếu sử dụng hydro từ khí đốt tự nhiên. Sử dụng nhiên liệu hydro chỉ thực sự có ý nghĩa bảo vệ môi trường khi đó là hydro xanh mà hiện nay các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm giải pháp tối ưu hóa sản xuất hydro xanh bằng phương pháp điện hóa với năng lượng tái tạo."

GS Ola Wendt tin rằng, các chính phủ cần phải có những quyết định chính trị để thực hiện các giải pháp phát triển mạnh mẽ nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện môi trường.

Ông kết luận: “Năng lượng tái tạo cần phải rẻ hơn và các chính phủ cần có những quyết định mang tính chính trị. Năng lượng tái tạo không có cơ hội cạnh tranh với nguồn nhiên liệu hóa thạch được đào lên từ lòng đất với hoạt động vận chuyển gần như là chi phí duy nhất”.

Theo Scitech Daily

Thái Bằng