Hydro 'xanh' -  Hướng đi mới cho năng lượng sạch

Theo dõi KTMT trên

Nguồn năng lượng với nhiều ưu điểm

Hydro (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 tỉ trọng bằng 1/14 tỉ 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. 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 Vacbon (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… Bên cạnh đó, nó còn được sử dụng làm nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống pin nhiên liệu, nhờ quá trình điện hóa để tạo ra điện năng. Do dựa trên cơ chế của quá trình điện hóa tạo ra điện năng chứ không phải quá trình đốt như ở động cơ đốt trong, pin nhiên liệu còn đạt hiệu suất sử dụng cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong, vì thế mà tiết kiệm năng lượng hơn.

Với những ưu thế vượt trội đó, pin nhiên liệu đang ngày càng được quan tâm và dự đoán sẽ là nguồn năng lượng đầy triển vọng, giữ vai trò chủ đạo của nền kinh tế không phát thải khí nhà kính trong tương lai. H2 có thể được sản xuất, lưu trữ, vận chuyển trong hạ tầng vận chuyển khí thiên nhiên (LNG), có thể được sử dụng dưới dạng chuyển đổi thành điện năng hoặc khí đốt như CH4 cho các nhu cầu như sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi hay làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông.

Về vấn đề an toàn, với tỉ 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.

Hướng đi mới của nhiều quốc gia

Trong những năm gần đây, 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. Điển hình là Nhật Bản đã có kế hoạch sản xuất 40.000 xe điện chạy pin nhiên liệu H2 vào năm 2020, 200.000 xe vào năm 2025 và 800.000 xe vào năm 2040. Ngoài ra, ứng dụng năng lượng này còn được Nhật Bản phát triển cho nhu cầu về nhiệt năng (sưởi ấm) nên đã đặt ra mục tiêu kết nối 1,4 triệu hệ thống năng lượng đồng phát vào năm 2020, và đạt khoảng 5,3 triệu năm 2030 tại các cơ sở công nghiệp - thương mại, hướng tới thay thế dần hệ thống đường ống dẫn khí thiên nhiên bằng ống dẫn khí H2 trong tương lai.

Tại Hoa Kỳ, Cơ quan hàng không và vũ trụ Hoa kỳ từ năm 1970 đã sử dụng H2 làm nguyên liệu chính cho các hỏa tiễn chuyên chở các tàu vũ trụ vào không gian. Đến nay, những phương pháp sản xuất H2 "sạch" vẫn đang tiếp tục được Hoa Kỳ đẩy mạnh nghiên cứu - phát triển như sử dụng vật liệu sinh học, tái chế; sử dụng phản ứng quang điện phân, phản ứng phân hủy nhiệt… Các quốc gia khác như Vương quốc Anh, Úc… đều đã có những nghiên cứu và kế hoạch thay thế nguồn nhiên liệu sưởi ấm từ khí thiên nhiên sang H2.

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.

Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), H2 sẽ nguồn năng lượng sạch và an toàn, được nhiều nước sử dụng trong thời gian tới, chính vì thế để phát triển nguồn năng lượng này các quốc gia cần thực hiện đồng thời 4 giải pháp trước mắt gồm: 1) Khuyến khích, khởi tạo các ngành công nghiệp, khu công nghiệp đi tiên phong trong việc chuyển đổi sử dụng năng lượng H2; 2) Chuyển đổi, xây dựng cơ sở hạ tầng cho việc lưu trữ, vận chuyển, phân phối nhiên liệu H2 cạnh tranh hơn; 3) Triển khai các dự án cung cấp, vận chuyển, thương mại quốc tế về H2; 4) Tăng cường hợp tác quốc tế, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn tốt nhất để phổ biến, tiêu chuẩn hóa và thúc đẩy thương mại hóa.

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.

Hoài Thu