Hydro là gì?

Hydro đang là một trong những nguyên tố được nghiên cứu nhiều nhất trên thế giới. Nó là một loại khí, là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ.

Hydro đã được sử dụng trong công nghiệp trong nhiều thập kỷ. Nhưng mối quan tâm hiện tại đối với hydro chủ yếu được thúc đẩy như một nguồn năng lượng và điện.

Khí hydro có thể được đốt cháy để tạo ra năng lượng hoặc điện: một nguồn năng lượng sạch tiềm năng. Song nếu dừng tại đây, nó vẫn là một trò chơi đuổi bắt! Bạn vẫn cần cần năng lượng để tạo ra chúng.

Jessica Allen, kỹ sư hóa học tại Đại học Newcastle mô tả hydro trong bối cảnh này là “gần như một loại pin”. Vì vậy, nó cũng sẽ tạo ra những tác hại tới môi trường, bởi khi bạn sạc nó thì nó cũng cần được sạc”.

Sản xuất và phát thải

Năng lượng hydro gần như không tồn tại trên bề mặt trái đất. “Đó là nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ, nó thực sự vô hạn… nhưng chỉ là khí, chúng ta phải tạo ra nó”, Adam Osseiran, kỹ sư điện tại Đại học Edith Cowan, giải thích.

Trong khi đó, theo kỹ sư Allen, có một số cách để tạo ra hydro lỏng và tinh khiết, với các mức độ phát thải khác nhau.

Cách đầu tiên là sử dụng trực tiếp khí tự nhiên. Khi tạo ra hydro theo cách này, chúng ta bắt đầu với một chút carbon, qua đó chúng ta cũng sẽ tạo ra carbon dioxide. Vì vậy, việc tạo ra hydro cũng sẽ tạo ra một lượng phát thải lớn ra môi trường, trừ khi chúng ta cũng thu giữ và lưu trữ carbon dioxide đó.

Có một cách khác để tạo ra hydro là thông qua điện phân và tách nước. Một lần nữa, chúng ta có thể thực hiện điều đó theo cách mà vẫn có khí thải carbon, nếu sử dụng than hoặc điện lưới. Song chúng ta cũng có thể làm theo cách sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió cho quá trình tách nước, qua đó gần như sẽ tạo ra năng lượng xanh hoàn toàn.

Osseiran nói rằng có nhiều loại hydro đang được sản xuất. Chúng được đặt tên và màu khác nhau. “Hydro màu nâu được sản xuất bằng cách sử dụng các nhiên liệu hóa thạch như than đá và khí đốt tự nhiên… hydro màu xám được lấy lại từ các nhiên liệu hóa thạch.”

“Hydro màu xanh lam là một quá trình tương tự như màu xám… song chúng ta thu giữ lại CO2 và đặt nó ở một nơi nào đó ngoài tầm với… để đưa nó ra khỏi bầu khí quyển”. Và đây chính là nguồn nhiên liệu xanh của tương lai.

Cách sử dụng

Allen cho biết: “Có khá nhiều điều chúng ta có thể làm với hydro sau khi đã tạo ra chúng. Nếu chúng ta đang nói về điện và năng lượng, thì cách tốt nhất để lấy điện từ hydro là đưa nó qua pin nhiên liệu. Đó là công nghệ hiệu quả nhất”.

“Trong quá trình điện phân, chúng ta đưa điện và nước vào và chúng ta lấy ra hydro và oxy. Trong pin nhiên liệu, chúng ta đưa hydro vào, kết quả sau đó là chúng ta lấy ra điện và nước”.

Mặc dù nó có tiềm năng trong các lĩnh vực khác, cả Allen và Osseiran đều đồng ý rằng ứng dụng tức thời nhất của nhiên liệu hydro là với quy mô nhỏ - chẳng hạn như pin nhiên liệu trong xe cộ.

Thực tế những chiếc xe hơi đầu tiên sử dụng pin hydro đã ra đời. Tập đoàn Renault vừa cho ra mắt phiên bản hydro từ nguyên mẫu xe van Renault Master và sẽ được bán vào năm tới. Với pin nhiên liệu 30kW và pin 33kWh, Renault Master Van H2-Tech có phạm vi hoạt động lên đến khoảng 500km. Việc tiếp nhiên liệu chỉ mất không quá 5 phút, tương tự như các loại xe sử dụng động cơ đốt trong ngày nay.

Điều đó cho thấy rằng, có những ứng dụng của hydro trên diện rộng. Allen nói: “Rất dễ bị cuốn vào suy nghĩ về năng lượng như điện năng. Nhưng nếu bạn là một kỹ sư hóa học, chúng ta đều biết rằng có rất nhiều quy trình khác nhau để đưa hydro thực sự đi vào đời sống hàng ngày”.

Quy mô sản xuất

“Làm thế nào hydro có thể cạnh tranh? Làm thế nào nó có thể được mở rộng? Đó là một bài toán kinh tế”, Osseiran nói.

Ông nói thêm rằng vì nó rất dồi dào nên chúng ta sẽ không cạn kiệt hydro như các nguồn tài nguyên khác. Câu hỏi không phải là liệu nó có thể được sản xuất hay không, mà là liệu có đủ ngành công nghiệp phục vụ cho nó hay không.

Thực ra, thế giới cũng đang dần tìm ra lời giải cho bài toán nói trên. Người đàn ông giàu nhất châu Á - Mukesh Ambani vừa hợp tác với tập đoàn Reliance Industries của Ấn Độ để xây dựng nhà máy sản xuất hàng loạt máy điện phân hydro giá rẻ.

Hồi tháng 6, Reliance đã công bố rằng họ sẽ đầu tư 10 tỷ USD vào năng lượng mới, coi hydro tái tạo là “một véc tơ năng lượng duy nhất có thể cho phép khử cacbon trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như giao thông vận tải, công nghiệp và năng lượng”.

Như vậy, với những chiếc máy điện phân hydro của Reliance, viễn cảnh con người có thể tạo ra năng lượng bằng việc đổ nước lã hoặc hút không khí xung quanh là hoàn toàn không hề xa vời.

Bảo quản và vận chuyển

Vậy tại sao tất cả chúng ta không sử dụng hydro? Vấn đề là những thách thức cho việc giữ và vận chuyển nó.

Hydro là một chất khí, luôn tìm cách phát tán ra ngoài. Vì vậy nó chiếm nhiều chỗ. Song cũng đã có có kế hoạch tạo ra các tàu chở khí hydro tương tự như khí đốt tự nhiên hóa lỏng. Dù rằng, công nghệ đó… vẫn đang được phát triển.

Theo Allen, các kỹ thuật để bảo quản hydro bao gồm nén khí hoặc phản ứng với amoniac để tạo ra chất lỏng, dễ vận chuyển hơn nhiều. Đã có những giải pháp, nhưng chúng vẫn chưa thực sự đi vào thương mại.

Vấn đề môi trường

Ngoài phát thải carbon, có những lo ngại về môi trường cần được xem xét khi sử dụng năng lượng hydro trên quy mô rộng. Nhưng Osseiran và Allen đều tin rằng những thách thức này nhỏ hơn những thách thức môi trường hiện tại do ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch đặt ra.

Theo Osseiran, việc đốt cháy hydro tạo ra “không gì khác ngoài nước và một số nhiệt vì đó là những gì xảy ra khi có bất kỳ phản ứng hóa học nào”.

Allen thì nói, có ít hơi nước được tạo ra hơn so với hơi nước được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch. “Đó là ít mối lo lắng ít hơn nhiều so với những gì chúng ta đang chịu”.

Như đã nói, việc tạo ra hydro thường cần nước. Nhưng không nhiều như quá trình lọc dầu thô. Allen cho biết việc tinh chế dầu thô cần lượng nước “gấp 10 lần” so với việc tạo ra hydro.

Hướng tới tương lai

Tương lai của hydro trong một thập kỷ tiếp sẽ như thế nào? Theo Osseiran và Allen, nhiên liệu hydro quy mô lớn vẫn còn một khoảng cách xa, nhưng việc sản xuất quy mô nhỏ hơn đang được phát triển nhanh chóng.

Allen nói: “Có thể vào cuối thập kỷ này, một hộ gia đình có thể hoàn toàn không còn phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch hoặc điện lưới, mà sẽ sử dụng năng lượng hydro”.

Osseiran thậm chí còn dự báo: “Sẽ có một sự thay đổi mô hình ở cấp độ địa chính trị, bởi vì sau đó nhiều quốc gia sẽ hoàn toàn độc lập với chuỗi cung ứng nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng khan hiếm trên thế giới”.