Hydrogen - Nguồn năng lượng của tương lai
Với ưu điểm là nguồn nhiên liệu có thể tái sinh, thân thiện với môi trường, đặc biệt không phát thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính…, hydrogen (H2) đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu - phát triển của nhiều quốc gia trên thế giới như một nguồn năng lượng thế hệ mới, phục vụ nhu cầu năng lượng sạch của con người.
H2 là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với nguyên tử lượng bằng 1. Ở trạng thái tự do và trong các điều kiện bình thường, H2 không màu, không mùi, không vị và có tỷ trọng bằng 1/14 tỷ trọng của không khí. Đây là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo nên khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và trên 90% vật chất trong trái đất. Trên trái đất, H2 kết hợp với oxy trong nước hay với carbon và các nguyên tố khác trong vô số các hợp chất hữu cơ tạo nên cơ thể mọi loài động, thực vật.
H2 được coi là một dạng năng lượng hóa học có nhiều ưu điểm vì sản phẩm của quá trình này chỉ là nước tinh khiết mà không có chất thải nào gây hại đến môi trường, không phát thải khí CO2 gây biến đổi khí hậu toàn cầu, là nguồn năng lượng gần như vô tận và có thể tái sinh được.
Đặc biệt H2 còn góp phần quan trọng vào việc đảm bảo an ninh nguồn năng lượng, có thể được sản xuất từ nhiều nguồn sẵn có khác nhau như gió, mặt trời, sinh khối, giúp giải quyết được nhiều vấn đề khác nhau của đời sống, nhất là trong một số ngành như giao thông vận tải, hóa chất, luyện kim…
Đặc điểm quan trọng của H2 là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như carbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng.
Hiện tại, H2 đang được sử dụng làm nhiên liệu động cơ tương tự như trong các loại phương tiện giao thông chạy bằng nhiên liệu hóa thạch phổ biến hiện nay. H2 cũng có thể thay thế khí thiên nhiên để cung cấp năng lượng cho các nhu cầu dân dụng hàng ngày như đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng…
Ảnh minh họa
Về vấn đề an toàn, với tỷ trọng thấp và khả năng khuếch tán nhanh cho phép H2 bay hơi gần như hoàn toàn vào khí quyển, đồng thời không gây hại tới môi trường.
Trong điều kiện bình thường, H2 là nguồn năng lượng thứ cấp, nghĩa là nó không có sẵn để khai thác trực tiếp mà phải được tạo ra từ một nguồn sơ cấp ban đầu là nước hoặc các hợp chất hydrocarbon khác.
Có 2 phương pháp cơ bản để sản xuất ra H2 quy mô lớn gồm: Phương pháp nhiệt hóa các loại nhiên liệu hydrocarbon như metan, dầu, nhiên liệu sinh học, sinh khối khí hóa, than khí hóa và khí tự nhiên; Phương pháp điện phân nước bằng cách dùng dòng điện để tách nước thành khí H2 và O2.
Tuy nhiên, để làm chủ được các quá trình này và phát triển thành quy mô công nghiệp trong sản xuất H2 vẫn còn gặp phải một số vướng mắc: Một là, với đặc tính nhẹ, dễ bay hơi, H2 phải được lưu trữ trong các bình khí nén áp suất cao, dưới dạng khí hóa lỏng hoặc hấp phụ trong các loại vật liệu có khả năng hấp phụ; Hai là, mặc dù nguồn nguyên liệu để sản xuất H2 gần như vô tận, nhưng việc sản xuất H2 từ quá trình điện phân lại có chi phí khá cao nên mới chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ tại các quốc gia phát triển và hiện các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để giảm giá thành của công nghệ này.
Thống kê cho thấy, việc nghiên cứu - phát triển nguồn năng lượng H2 đã được nhiều quốc gia quan tâm và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất, chủ yếu trong lĩnh vực giao thông vận tải.
Hiện nay, khoảng 90% lượng H2 được sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ và khí thiên nhiên, việc này đồng nghĩa với việc vẫn phát thải khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Do vậy, việc ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo để điện phân nước nhằm sản xuất H2 đang được chính phủ các nước tiếp tục khuyến khích các nhà khoa học và doanh nghiệp đầu tư nghiên cứu - phát triển, nhằm hoàn thiện công nghệ, nâng cao quy mô, công suất và giảm giá thành.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang có những diễn biến phức tạp, ảnh hưởng đến toàn thế giới, việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới để thay thế năng lượng hóa thạch (than, dầu mỏ…) đã và đang là mối quan tâm của nhiều quốc gia cũng như các nhà khoa học trên thế giới. Với những ưu thế vượt trội, nguồn năng lượng H2 đang được xem là giải pháp thay thế tối ưu và có thể sẽ là nguồn năng lượng trong tương lai không xa.
ntqnhu
Theo Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam