Hidro - nhiên liệu cho tương lai

Hidro - nhiên liệu cho tương lai

Hidro - nhiên liệu

cho tương lai

GV Hứa Quyết Chiến

Đại học Khoa học tự nhiên

Khoa Sinh học Lớp 10CSH

Báo cáo đề tài:

Dàn bài:

I Giới thiệu, đặt vấn đề

II Khái quát chung về nhiên liệu hidro

IV Kết luận

I Giới thiệu, đặt vấn đề:

II Khái quát chung về nhiên liệu hidro:

1 Sơ lược về nhiên liệu hidro

2 Một số phương pháp sản xuất công nghiệp

3 Vấn đề lưu chứa, phân phối và sử dụng

4 Vấn đề an toàn

5 Nhu cầu, tiềm năng phát triển

1 Sơ lược về nhiên liệu hidro:

 Một số tính chất cần quan tâm của khí hidro:

• Năng xuất tỏa nhiệt: 141,8 MJ/kg; cao hơn rất nhiều so với metan (55,5), xăng

(47,3), than đá (15-27); tuy nhiên, năng suất tỏa nhiệt theo thể tích lại nhỏ

• Khối lượng riêng khi hóa lỏng khoảng 70 kg/m3 (xăng là 700 – 760

kg/m3)

• Nhiệt độ sôi: -252,72 OC

• Nồng độ bắt cháy: 4 – 75% thể tích không khí (xăng là 1,4 – 7,6%), dễ nổ

• Nhiệt độ tự bốc cháy tối thiểu: 500 OC (xăng là 280 OC, metan là 482 OC)

2 Một số phương pháp sản xuất hidro công nghiệp:

2.1 Phương pháp chuyển hóa hidrocacbon bằng nhiệt (reforming):

• Phương pháp truyền thống:

Hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước:

CH4 + H2O → CO + 3H2

CO + H2O → CO2 + H2

Khí hóa hidrocacbon nặng (than đá, dầu mỏ):

Than đá, dầu mỏ H2 + CO +

CO + H2O → CO2 + H2

to, O2

Phương pháp sản xuất hidro phổ biến nhưng là hidro nguyên liệu cho các ngành hóa chất, không dùng để sản xuất hidro như một nguồn nhiên liệu Phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch và tạo ra khí CO2

2 Một số phương pháp sản xuất hidro công nghiệp:

2.1 Phương pháp chuyển hóa hidrocacbon bằng nhiệt (reforming):

• Phương pháp hiện đại:

Khí hóa sinh khối và nhiệt phân:

* Biomass + O2 + H2O → H2 + CO + CO2 + CH4 +

* Ưu điểm là có thể sử dụng các phế phụ liệu, rác thải để tạo hidro, mang tính tái tạo được và có hiệu suất năng lượng cao Kết hợp nhiều ứng dụng và giảm thải CO2

Kværner process:

CnHm + Energy nC + H2

* Ưu điểm lớn nhất là chuyển hóa hoàn

toàn hidrocacbon thành hidro và than hoạt

tính tinh khiết, không sinh ra CO2

* Nhược điểm vẫn là phụ thuộc nhiên liệu

hóa thạch (khí đốt là nguồn hidrocacbon)

1600oC

2 Một số phương pháp sản xuất hidro công nghiệp:

2.2 Điện phân nước:

• Điện phân thông thường: Tạo ra H2 và O2 nhưng không có ý nghĩa về mặt hiệu xuất năng lượng

• Điện phân ở nhiệt độ cao: Nhằm cung cấp một phần năng lượng dưới dạng nhiệt (có thể là từ năng lượng mặt trời), giảm lượng điện tiêu thụ

• Quang điện phân: Chuyển năng lượng mặt trời thành điện năng cung cấp tại chỗ cho điện phân

2 Một số phương pháp sản xuất hidro công nghiệp:

2.3 Phương pháp sinh học:

• Một số tảo, vi khuẩn có khả năng tách oxi từ nước để sử dụng và thải ra hidro

• Khả năng sản xuất H2 có ở cả các vi khuẩn phân hủy chất thải, hứa hẹn ứng dụng vừa xử lí chất thải vừa sản xuất hidro

• Tuy nhiên, hiệu suất thấp và giá thành cao là nhược điểm lớn khi sản xuất hidro bằng vi sinh vật

• Nhiều nghiên cứu được tiến hành để tăng năng suất và hạ giá thành hidro Trong đó, việc tách ra các hỗn hợp enzyme để sử dụng cho thấy một sự cải thiện năng suất đáng kể

2 Một số phương pháp sản xuất hidro công nghiệp:

2.4 Đánh giá chung một số phương pháp sản xuất:

• Các phương pháp sản xuất truyền thống tuy phổ biến nhưng không có lợi

về mặt năng lượng và môi trường, không thể ứng dụng để sản xuất hidro như một nguồn năng lượng thay thế

• Các phương pháp mới tuy có ưu thế nhưng có nhược điểm lớn về cạnh

tranh kinh tế do phải thay đổi và cải tiến công nghệ Các phương pháp này thúc đẩy việc sử dụng các nguồn tài nguyên tái tạo và bền vững, có tiềm năng phát triển lớn và đang dần được hoàn thiện

3 Vấn đề lưu chứa, phân phối và sử dụng

 Lưu chứa, phân phối:

Do tồn tại bình thường ở thể khí, việc sử dụng hidro gặp nhiều khó khăn

Với vai trò chuyên chở năng lượng, việc sử dụng đòi hỏi hidro phải được lưu chứa, phân phối với mật độ năng lượng cao

• Các phương pháp lưu chứa cơ bản: chứa dạng khí nén, dạng khí hóa lỏng,

chứa trong các hợp chất hóa học và hấp phụ trong các vật liệu kĩ thuật

• Trong đó, lưu chứa nhờ hấp phụ được kì vọng rất lớn cho các ứng dụng di

động (xe hơi, máy bay, laptop, điện thoại, ) dù còn nhiều hạn chế

Nhiên liệu hidro có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, tuy nhiên, cần nghiên cứu chế tạo mới các thiết bị phù hợp

 Sử dụng:

3 Vấn đề lưu chứa, phân phối và sử dụng

• Nhiên liệu cho công nghiệp vũ trụ

• Hidro có thể sử dụng thay cho khí đốt một

cách tương đối đơn giản

• Việc phát triển pin nhiên liệu mở ra rất nhiều

tiềm năng ứng dụng của hidro: máy phát

điện, xe hơi, máy bay, laptop, điện thoại,

H 2O

O 2

H+

H2

4 Vấn đề an toàn:

 Bất lợi:

• Việc lưu chứa dạng khí nén tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ cao

⇒ Hạn chế lưu chứa dạng khí nén

• Bơm khí vào bình chứa có thể tạo dòng tĩnh điện, có nguy cơ gây nổ

⇒ Thiết kế bình chứa có thể loại dòng tĩnh điện

• Khí hidro không màu, không mùi, cháy hoàn toàn, khó nhận thấy nếu bị rò rỉ

⇒ Khắc phục bằng cách cho thêm phụ chất có màu hay mùi vào khí hidro

4 Vấn đề an toàn:

 Bất lợi:

• Khí hidro dễ gây nổ hơn xăng và còn có tác dụng làm giòn kim loại

⇒ Đề xuất phát triển các thiết bị phù hợp và sử dụng pin nhiên liệu thay cho

động cơ đốt trong

• Việc phân phối đến các trạm tiêu thụ cần chuyên chở một thể tích lớn hơn

nhiều so với xăng dầu, và nó đặt ra những vấn đề về giao thông, an toàn đường ống

⇒ Đề xuất xây dựng mạng lưới cấp khí địa phương

4 Vấn đề an toàn:

 Thuận lợi:

• Khí hidro không độc, cháy hoàn toàn, cháy nhanh, không tạo đám cháy âm ỉ

• Khi cháy tạo nước, nước tạo ra hấp thụ nhiệt nên đám cháy hidro không lan

tỏa nhiệt mạnh ra xung quanh như cháy xăng dầu

• Nồng độ bắt cháy trong không khí là 4%, khí hidro lại bay hơi rất nhanh

Xăng có nồng độ bắt cháy trong không khí là 1,4% và lại bay hơi chậm

• Nhiệt độ tự cháy cao 500 OC so với xăng là 280 OC, metan là 482 OC

⇒ Xét về nhiều mặt, xử dụng nhiên liệu hidro an toàn hơn so với xăng dầu, những hạn

chế về vấn đề an toàn cơ bản đều có thể được giải quyết.

5 Nhu cầu, tiềm năng phát triển nhiên liệu hidro:

 Nhu cầu tất yếu:

• Theo nhiều dự báo, trữ lượng dầu khí sẽ nhanh chóng cạn kiệt, trữ lượng

than dù nhiều hơn nhưng cũng không phải vô tận

• Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đặt ra những thách thức lớn về môi trường

• Khủng hoảng năng lượng có thể gây ra những tác động khó lường và đã có

những dấu hiệu mở đầu

⇒ Yêu cầu tất yếu là phải có nguồn năng lượng thay thế, trong đó,

đồng hành với các nguồn năng lượng tái tạo, nhiên liệu hidro có một tiềm năng to lớn.

5 Nhu cầu, tiềm năng phát triển nhiên liệu hidro:

 Những thách thức và bước tiến:

• Nhiên liệu hidro hiện tại chưa thể cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch về

hiệu quả kinh tế Do đó còn chưa được đầu tư phát triển nhiều

• Các thiết bị, máy móc cần được nghiên cứu, chế tạo mới để có thể sử dụng

hidro, đặt ra những bài toán lớn về khoa học – kĩ thuật và kinh tế – xã hội

• Đã có nhiều giải pháp, tiến bộ kĩ thuật được đưa ra nhưng hầu hết chưa thể

ứng dụng rộng dãi vào đời sống

FCX Clarity

Khái niệm “nền kinh tế hidro” được nhắc tới như một nền kinh tế sạch, bền

vững, không phụ thuộc và tranh chấp Tuy nhiên, nó vẫn là một viễn cảnh khi

chưa thể thay thế “nền kinh tế hóa thạch” hiện tại.

IV Kết luận:

• Nhu cầu năng lượng của con người ngày càng tăng cao, nhiên liệu hóa

thạch ngày càng kạn kiệt và gây ra nhiều vấn đề nan giải

• Nhiên liệu hidro được kì vọng sẽ mở ra một viễn cảnh tốt đẹp, nền kinh tế

hidro với năng lượng sạch và vô tận sẽ chấm dứt những vấn nạn của nền kinh tế hóa thạch hiện tại

• Tuy nhiên, tương lai vẫn chưa được khẳng định, việc đưa nhiên liệu hidro

vào đời sống vẫn còn nhiều thách thức, đòi hỏi con người phải tích cực nghiên cứu, phát triển thêm nữa

Phim: An inconvenient truth Hoahocngaynay.com Vietbao.vn Saigonpetro.com.vn

Wikipedia.org eia.gov (U.S.Energy Infomation Administration)

Tham khảo:

Cảm ơn thầy và các bạn đã theo dõi

H

The Creative Life 

T

in My eyes S u n f l o w e r R a i n b o w S u n s h i n e