đề tài tìm hiểu về nhiên liệu hydro

Mở bài: Như biết, giới bị phụ thuộc nặng nề vào kinh tế nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu đa số phương tiện giao thông tại: xe hơi, xe lửa, máy bay… xăng dầu Nếu nhiên liệu hóa thạch, kinh tế với phương tiện giao thông liên lạc, vận tải, rơi vào khủng hoảng, ngưng trệ Gần toàn kinh tế, xác toàn xã hội đại phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Trong nhiên liệu hóa thạch đóng vài trò quan trọng việc đưa xã hội đến mức phát triển ngày tồn vấn đề nhức nhối lớn: ô nhiễm không khí, vấn đề môi trường tràn dầu, nguy hiểm nóng bỏng vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu với nóng lên trái đất  Giữa bối cảnh đó, khái niệm kinh tế hydro dựa nguồn lượng sạch, dồi phục vụ mục tiêu phát triển bền vững nhân loại xuất giải pháp đầy tiềm “Nền kinh tế hydro” hệ thống lưu trữ, phân phối sử dụng lượng dựa nhiên liệu hydrogen Lịch sữ Trong thời kỳ từ thập niên sáu mươi kỷ XVIII, có phát minh mà thành công giúp cho người thoát khỏi hạn chế kỹ thuật phục vụ sống Đó phát minh nhà bác học James Watt, ông tổ máy nước James Watt thường nguời gọi nhà phát minh máy nước Ông nhân vật then chốt cách mạng công nghiệp Thật ra, Watt người chế tạo máy nước Năm 1698, Thomas Savory trao sáng chế máy bơm nước chạy nước Năm 1712, Thomas Newcomen trao sáng chế cải tiến máy nước Năm 1761, tiến hành sửa chữa máy nước kiểu Newcomen, Jame Watt cải tạo máy nước kiểu tạo ý nghĩa quan trọng người phải công nhận ông người phát minh máy nước Nguồn lượng vô tận Hydro loại khí có nhiệt cháy cao tất loại nhiên liệu thiên nhiên,Đặc điểm quan trọng hydro phân tử không chứa nguyên tố hóa học khác, cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy chúng nước (H2O), gọi nhiên liệu lý tưởng Động đốt trong: Giống động đốt truyền thống xăng, dầu… Pin nhiên liệu Trong kỉ 19 mệnh danh kỉ động nước kỉ 20 kỉ động đốt ta nói, kỉ 21 kỉ nguyên pin nhiên liệu Pin nhiên liệu sử dụng hydrogen làm nhiên liệu, mang đến triển vọng cung cấp cho giới nguồn điện bền vững Tương tự ắc quy, pin nhiên liệu thiết bị tạo điện thông qua chế phản ứng điện hóa Điểm khác biệt nằm chỗ, pin nhiên liệu tạo dòng điện liên tục có nguồn nhiên liệu cung cấp cho nó, đó, ắc quy cần phải nạp điện lại (sạc) sau thời gian sử dụng Vì mà pin nhiên liệu không chứa lượng bên trong, chuyển hóa trực tiếp nhiên liệu thành điện năng, ắc quy cần phải nạp điện lại từ nguồn bên Mỗi pin nhiên liệu gồm có hai điện cực âm (cathode) dương (anode) Phản ứng sinh điện xảy hai điện cực Giữa hai điện cực chứa chất điện phân, vận chuyển hạt điện tích từ cực sang cực khác, chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng Hai nhiên liệu hydrogen oxygen Lợi hấp dẫn pin nhiên liệu chỗ tạo dòng điện sạch, ô nhiễm, sản phẩm phụ trình phát điện cuối nước, không độc hại Các phản ứng hóa học tạo dòng điện chìa khóa chế hoạt động pin nhiên liệu Có nhiều loại pin nhiên liệu kiểu vận hành cách khác chung nguyên tắc Khi nguyên tử hydrogen vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy anode lấy electron chúng Những nguyên tử hydrogenl úc bị ion hóa mang điện tích dương Electron điện tích âm chạy qua dây dẫn tạo dòng điện chiều Oxygen vào cathode và, số dạng pin nhiên liệu, chúng kết hợp với electron từ dòng điện ion hydrogen vừa qua chất điện phân từ anode; số dạng pin nhiên liệu khác, oxygen lấy electron qua chất điện phân đến anode, gặp kết hợp với ion hydrogen Chất điện phân đóng vai trò định chủ chốt Nó phải cho phép ion thích hợp qua anode cathode; electron tự hay chất khác qua chất điện phân này, chúng làm hỏng phản ứng hóa học Dù gặp anode hay cathode, kết hợp với nhau, hydrogen oxygen cuối tạo nước, thoát khỏi pin Pin nhiên liệu liên tục phát điện cung cấp hydrogen oxygen Dưới sơ đồ mô tả hai phản ứng pin nhiên liệu mà phản ứng tồng quát chúng phản ứng nghịch trình điện phân nước: Phản ứng anode: H2 => H+ + 4e- (15.7) Phản ứng cathode: O2 + H+ + 4e- => H2O (15.8) Tổng quát: H2 + O2 => H2O + lượng (điện) (15.9) Phản ứng hóa học tổng quát cho pin nhiên liệu tương tự phản ứng hóa học mô tả trình hydrogen bị đốt cháy với diện oxy, tức kết hợp khí hydrogenvà oxygen tạo nên lượng; điểm làm nên khác biệt quan trọng hai trình nằm chế phản ứng - phản ứng cháy tạo nhiệt phản ứng điện hóa pin nhiên liệu sinh điện Pin nhiên liệu chuyển đổi trực tiếp hóa thành điện năng, trình không liên quan đến chuyển hóa nhiệt thành nên đối tượng định luật nhiệt động lực học giới hạn hiệu suất tối đa động nhiệt thông thường (Carnot) Do đó, hiệu suất pin nhiên liệu vượt giới hạn Carnot, chí vận hành nhiệt độ tương đối thấp pin nhiên liệu vận hành êm ả, không gây chấn động hay tiếng động đạt hiệu suất cao gấp hai đến ba lần động đốt Các loại pin nhiên liệu a) AFC (Alkaline Fuel Cell) - pin nhiên liệu alkali (kiềm) Pin nhiên liệu alkali (kiềm) vận hành với khí hydrogen nén oxy, dùng dung dịch kiềm KOH làm chất điện phân Hiệu suất pin khoảng 70%, hoạt động từ 150 đến 200 độ C Công suất đầu khoảng từ 300W đến 5kW Do nhỏ, nhẹ, hiệu suất cao nên phần lớn loại pin nhiên liệu alkali thường dùng phương tiện xe cộ, giao thông Phản ứng anode: Phản ứng cathode: H2 + OH- => H2O + 4eO2 + H2O + 4e- => OH- (15.10) (15.11) Tổng quát: H2 + O2 => H2O + lượng (điện) (15.12) Pin nhiên liệu alkali NASA chọn sử dụng chương trình không gian đội tàu Con Thoi phi thuyền Apollo, chủ yếu lượng sinh đạt hiệu suất đến 70% Điều thú vị là, không cung cấp lượng dạng điện năng, pin nhiên liệu alkali cung cấp nước uống cho phi hành gia Nó đòi hỏi nhiên liệu hydrogen tinh khiết chất xúc tác điện cực Platin (bạch kim) Vì mà pin nhiên liệu alkali đắt đỏ để thương mại hóa cho sản phẩm thông thường Tuy nhiên, số công ty tìm cách giảm giá thành tăng tính đa dụng loại pin nhiên liệu Tháng 7/1998, công ty “xe cộ không phát thải” ZEVCO (the Zero Emission Vehicle Company) tung taxi mẫu London nước Anh Chiếc taxi sử dụng pin nhiên liệu alkali 5kW, chất xúc tác cobalt thay cho bạch kim (platin) để giảm chi phí, xe chạy không sinh khí độc vận hành êm, gần không gây tiếng động taxi chạy động đốt thông thường b) MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) - pin nhiên liệu muối carbonate nóng chảy MCFC dùng muối carnonate Na Mg nhiệt độ cao làm chất điện phân Hiệu suất pin đạt từ 60 đến 80%, vận hành nhiệt độ khoảng 6500C Các đơn vị có công suất đầu MW kết hợp với thiết kế cho công suất đến 100 MW MCFC dùng chất xúc tác điện cực nikel nên không đắt so với xúc tác điện cực bạch kim AFC Tuy nhiên, nhiệt độ cao có mặt hạn chế vật liệu an toàn Bên cạnh đó, ion carbonate từ chất điện phân bị sử dụng hết phản ứng, đòi hỏi phải tiếp thêm khí carbonic bù vào Phản ứng anode: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e- Phản ứng cathode: CO2+ ½ O2 + 2e- => CO32- (15.13) (15.14) Tổng quát: H2(k) + ½ O2(k) + CO2 (cathode) => H2O(k) + CO2 (anode)+ điện (15.15) Pin nhiên liệu MC vận hành nhiệt độ cao, đa số ứng dụng nhà máy, trạm phát điện lớn (ứng dụng tĩnh) Nhiệt độ cao trình vận hành tận dụng tạo nên thêm nguồn lượng bổ sung từ nhiệt thừa để sưởi ấm, dùng cho trình công nghiệp hay động nước sinh thêm điện Nhiều nhà máy nhiệt điện chạy gas áp dụng hệ thống này, gọi cogeneration (phát điện kết hợp) Nhật Bản, Hoa Kỳ ứng dụng công nghệ này, xây dựng nhà máy điện pin nhiên liệu MC từ thập kỉ 90 kỉ trước c) PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) – pin nhiên liệu axit phosphoric PAFC dùng axit phosphoric làm chất điện phân, chế phản ứng sơ đồ (15.7)-(15.9) Hiệu suất pin đạt từ 40 đến 80%, nhiệt độ vận hành nằm khoảng 150 đến 200 độ C Các pin nhiên liệu PAFC có công suất đến 200 kW, chí 11 MW thử nghiệm PAFC chịu nồng độ CO khoảng 1,5%, mở rộng khoảng chọn lựa loại nhiên liệu mà chúng sử dụng PAFC đòi hỏi điện cực bạch kim, phận bên phải chống chịu ăn mòn axit PAFC phát triển, kiểm tra thực nghiệm từ thập kỉ 60 70 kỉ trước, dạng pin nhiên liệu thương mại hóa thị trường nên đến ngày PAFC có nhiều cải tiến đáng kể nhằm giảm chi phí tăng tính ổn định, chất lượng hoạt động Hệ thống PAFC thường cài đặt cho tòa nhà, khách sạn, bệnh viện, thiết bị điện (các ứng dụng tĩnh tương đối lớn) công nghệ phổ biến Nhật Bản, châu Âu Hoa Kỳ d) PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) – pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEMFC, (còn gọi “Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell” - pin nhiên liệu màng điện phân polymer) có chế phản ứng sơ đồ (15.7)-(15.9) Pin nhiên liệu PEM hoạt động với màng điện phân plastic mỏng Hiệu suất pin từ 40 đến 50%, vận hành nhiệt độ thấp, chừng 800C Công suất dòng linh hoạt kW cho ứng dụng nhỏ, di động hay khoảng từ 50 đến 250 kW cho ứng dụng tĩnh lớn Vận hành nhiệt độ thấp nên PEM thích hợp cho ứng dụng gia đình xe cộ Tuy nhiên, nhiên liệu cung cấp cho PEM đòi hỏi phải tinh (không lẫn nhiều tạp chất) PEM cần xúc tác bạch kim đắt tiền hai mặt màng điện phân, gia tăng chi phí PEMFC lần sử dụng vào thập kỉ 60 kỉ trước chương trình không gian Gemini NASA, đến pin nhiên liệu PEM phát triển với hệ thống công suất thông thường từ W đến kW Người ta tin PEMFC dạng pin nhiên liệu thích hợp cung cấp lượng cho xe cộ, phương tiện giao thông, cuối lâu dài thay động đốt chạy xăng dầu, diesel So với dạng pin nhiên liệu khác, PEMFC sinh nhiều lượng với thể tích hay khối lượng nhiên liệu cho trước Hơn nữa, nhiệt độ vận hành 1000C cho phép khởi động nhanh Những ưu điểm với khả thay đổi linh hoạt, nhanh chóng công suất đầu làm cho pin nhiên liệu PEM trở thành ứng cử viên hàng đầu cho loại xe hay ứng dụng di động khác máy tính xách tay…v.v Mặt khác, chất điện phân vật liệu rắn (màng), khôn phải chất lỏng dạng pin nhiên liệu khác, việc nút kín khí phát từ điện cực đơn giản làm giảm chi phí sản xuất Màng điện phân rắn gặp khó khăn vận hành, bị ăn mòn so với dạng chất điện phân khác, dẫn đến kéo dài tuổi thọ pin e) SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) – pin nhiên liệu oxit rắn SOFC sử dụng hợp chất oxit kim loại rắn (như calcium hay zỉconium) làm chất điện phân Hiệu suất đạt khoảng 60% vận hành nhiệt độ từ 6000C đến 10000C Được phát triển từ cuối năm 50 kỉ trước, dạng pin nhiên liệu vận hành nhiệt độ cao Nhiệt độ cao cho phép pin sử dụng nhiều loại nhiên liệu đầu vào, khí thiên nhiên, sinh khối hydrocarbon (trích xuất lấy hydrogen trực tiếp mà không cần phải qua chuyển hóa nhiệt) Công suất đầu pin đến 100 kW Vận hành nhiệt độ cao vậy, chất điện phân vật liệu oxit rắn, mỏng cho phép ion oxygen (O2-) qua Phản ứng anode: Phản ứng cathode: H2 + O2- => H2O + e- 2- O2 + 4e => O (15.16) (15.17) Tổng quát: H2 + O2 => H2O + lượng (điện) (15.18) Cũng giống pin nhiên liệu muối carbon nóng chảy, vận hành nhiệt độ cao nên dạng pin nhiên liệu thường ứng dụng giới hạn hệ thống tĩnh lớn nhiệt thừa tái tận dụng để tạo thêm nguồn điện bổ sung dạng pin nhiên liệu ứng dụng thực nghiệm từ lâu Ngoài ra, số dạng pin nhiên liệu khác hứa hẹn nhiều triển vọng bước đầu giai đoạn nghiên cứu tiếp tục giới thiệu f) DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp Dù công nghệ chập chững bước ban đầu thể số thành công ứng dụng điện thoại di động máy tính xách tay (laptop), đem lại triển vọng đầy tiềm cho tương lai DMFC tương tự PEMFC chỗ chất điện phân polymer điện tích vận chuyển ion hydrogen (proton) Tuy nhiên, với DMFC, methanol lỏng (CH3OH) bị oxygen hóa nước anode, sinh khí carbonic, ion hydrogen qua chất điện phân phản ứng với oxygen từ không khí electron từ dòng điện tạo thành nước anode, hoàn thành chu trình Phản ứng anode: CH3OH + H2O => CO2 + H+ + 6e- Phản ứng cathode: 3/2 O2 + H+ + 6e- => H2O (15.19) (15.20) Tổng quát: CH3OH + 3/2 O2 => CO2 + H2O + lượng (điện) (15.21) Khi bắt đầu phát triển từ đầu năm 90 kỉ trước, DMFC lúc chưa ý nhiều hiệu suất mật độ lượng thấp số vấn đề khác Tuy nhiên cải tiến chất xúc tác phát triển gần gia tăng mật độ lượng lên gấp 20 lần hiệu suất cuối đạt đến 40% DMFC thử nghiệm khoảng nhiệt độ từ 500C-1200C Với nhiệt độ vận hành thấp không đòi hỏi phải qua bước chuyển hóa thành hydrogen mà dung trực tiếp nhiên liệu methanol, DMFC trở thành ứng cử viên sáng giá cho ứng dụng cỡ từ nhỏ đến trung bình điện thoại di động sản phẩm tiêu dùng khác Một nhược điểm DMFC nhiệt độ vận hành thấp đòi hỏi chất xúc tác phải hiệu lực hơn, có nghĩa lượng xúc tác bạch kim đắt đỏ cần dùng lớn so với dạng PEMFC thông thường Ngoài ra, methanol chất độc Vì mà số công ty bắt tay vào việc phát triển pin nhiên liệu sử dụng ethanol trực tiếp (DEFC – direct ethanol fuel cell) Hiệu suất DEFC khoảng nửa so với DMFC, dự đoán khoảng cách ngày rút ngắn tương lai g) RFC (Regenerative Fuel Cell) – pin nhiên liệu tái sinh RFC hệ thống vận hành thành chu trình kín trở thành tảng cho kinh tế hydrogen dựa nguồn lượng tái tạo Pin nhiên liệu sinh điện năng, nhiệt nước từ hydrogen oxygen sử dụng khắp kinh tế, cung cấp lượng cho nhà máy, xe cộ, phương tiện giao thông vận chuyển cho nhu cầu dân dụng hộ gia đình Hydrogen sinh từ điện phân nước, tách nước thành hai thành phần hydrogen oxy; trình sử dụng lượng tái tạo từ nguồn tự nhiên gió, mặt trời hay địa nhiệt Một hệ thống không đòi hỏi dạng pin nhiên liệu chuyên biệt nào, cần có sở hạ tầng để phân phối hydrogen đến pin nhiên liệu để sử dụng Tuy nhiên chưa có sở hạ tầng để phân phối hydrogen NASA tiến hành dự án phát triển hệ thống pin nhiên liệu tái sinh nhẹ hiệu để sử dụng máy bay tên Helios bay độ cao 30 km Chiếc máy bay trước chạy panel lượng mặt trời Mục tiêu dự án tích hợp hai hệ thống lượng mặt trời pin nhiên liệu tái sinh Hệ thống pin mặt trời cung cấp lượng cho máy bay suốt ban ngày sinh nguồn hydrogen bổ sung, hydrogen lưu trữ để cung cấp cho pin nhiên liệu sử dụng vào ban đêm Một hệ thống dùng hoàn toàn lượng bền vững, giúp chuyến bay kéo dài nhiều ngày h) ZAFC (Zinc-Air Fuel Cell) – pin nhiên liệu kẽm/không khí ZAFC vừa có đặc tính pin nhiên liệu vừa mang tính chất pin ắc quy Chất điện phân ZAFC chất sứ rắn dùng ion hydroxyl (OH-) làm chất mang điện tích Để đạt hiệu suất điện/nhiên liệu cao vớI nhiên liệu hydrocarbon độ dẫn cao cho chất mang điện tích, ZAFC vận hành 7000C Điện cực dương, anode, làm từ kẽm cung cấp hydrogen hay chí hydrocarbon Điện cực âm, cathode, tách khỏi nguồn không khí cấp vào nhờ điện cực phân tán khí GDE (gas diffusion electrode), màng thẩm thấu cho phép oxygen không khí qua Ở cực âm, oxygen phản ứng với hydrogen để tạo nên ion hydroxyl nước Phản ứng anode: CH4 + H2O => CO2 + H+ + 6eZn + OH- => ZnO + H + e- (15.22) (15.23) Phản ứng cathode: OH(15.24) O2 + H + O2 + H+ + 4e- => H2O (15.25) + 2e- => _ _ Tổng quát: CH4 + O2 => CO2 + H2O + lượng (điện) (15.26) Nhiệt độ vận hành cao ZAFC làm cho có khả chuyển hóa nhiệt hydrocarbon trực tiếp, không cần thiết bị chuyển hóa bên để tạo hydrogen Một thuận lợi khác việc hoạt động nhiệt độ cao nhiệt thừa tận dụng để tạo nước áp suất cao, hữu ích cho nhiều ứng dụng công nghiệp thương mại Chất điện phân ZAFC có số ưu điểm trội so với chất điện phân khác Nó không đòi hỏi nước bão hòa màng polymer PEMFC không bị khô hết nên không cần thiết bị để kiểm tra giám sát độ ẩm hai điện cực Hơn nữa, chất rắn, rò rỉ chất điện phân không xảy với chất điện phân lỏng Tuy nhiên, điện cực dương kẽm bị hao mòn nên phận cần thay Bảng 15.1 So sánh dạng pin nhiên liệu (Nguồn: Types of fuel cell: http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html) Dạng pin nhiên liệu PEMFC AFC Polymer hữuDung Chất điện rắn kiềm phân PAFC MCFC SOFC dịchDung dịch axitMuối Oxit phosphoric carbonate zirconium rắn nóng chảy Li, Na K Nhiệt độ 60-1000C 90-1000C vận hành -Thiết bị điện-Quân cầm tay (di Lĩnh vực động, nhỏ) -Không gian ứng dụng -Giao thông vận tải (xe cộ) 175-2000C 600-10000C 600-10000C -Thiết bị điện -Trạm phát-Trạm phát -Giao thông vậnđiện (lớn) điện (lớn) tải -Chất điện- Phản ứng ở- Đạt hiệu suất-Hiệu suất cao -Hiệu suất cao lên đến 85% Ưu điểm phân rắncathode nên giảmnhanh hơnkết hợp phát-Có thể dùng-Có thể dùng thiểu nhữngtrong chấtđiện nhiệtđược nhiềuđược nhiều vấn đề ănđiện phân(cogeneration) loại nhiên liệuloại nhiên liệu mòn bảokiềm đầu vào khácđầu vào khác trì - Có thể sử dụngnhau (linhnhau (linh nhiên liệu khônghoạt) hoạt) - Nhiệt độ vận tinh khiết (lẫn hành thấp nên tạp chất) -Có thể dùng-Có thể dùng được loạiđược loại sử dụng rộng xúc tác khácxúc tác khác rãi cho nhau ứng dụng thông thường - Khởi động nhanh Nhược điểm -Chất điện phân rắn nên giảm thiểu vấn đề ăn mòn bảo trì -Nhiệt độ thấp -Đòi hỏi xúc tác đòi hỏi xúc-Tốn chi phíbạch kim-Nhiệt độ cao-Nhiệt độ cao tác đắt tiền cho việc khử(Platinium) làm tăng ănlàm tăng ăn CO2 khỏi mòn có thểmòn -Nhạy cảmnhiên liệu và-Cho dòng điệnlàm giòn vỡlàm giòn vỡ cao với tạpdòng khôngcường độ thấp cấu trúc củacấu trúc chất nhiênkhí pin pin -Nặng, kích cỡ liệu (nếu có) to lớn Sản xuất hydro Sản xuất : Hydrogen sản xuất từ nước hay từ nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu hóa thạch bao gồm phân tử Hydrocarbon có khả tái tạo (reforming), oxy hóa, cracking hóa, hóa để tạo thành Hydrogen Than đá loại nguyên liệu thường sử dụng để tạo Hydrogen thập niên trước Tuy nhiên than đá hay loại nhiên liệu hóa thạch sử dụng gặp rắc rối việc hóa lỏng hay hóa chúng với áp suất cao Nói chung, trình gây nên ô nhiễm lại tiêu tốn loại nhiên liệu tái tạo Có nhiều phương pháp để tách Hydrogen từ nước : nhiệt, nhiệt hóa học, quang phân, điện phân … Giá tác động đến môi trường việc sản xuất Hydrogen từ nước phụ thuộc vào nguồn lượng cung cấp cho trình điện phân Riêng nhiên liệu hóa thách không sử dụng phương pháp tạo thành nhiều carbon dioxit CO2 trình đồng thời giá thành cao a) khí tự nhiên Trước hết, khí thiên nhiên (với thành phần chủ yếu methane) tách carbon chuyển hóa thành hydrogennhờ nước dạng siêu nhiệt áp suất cao, xúc tác thích hợp nhiệt độ khoảng 900°C CH4 + H2O => CO + H2 (15.1) Carbon mono-oxide sinh lại tiếp tục phản ứng với nước xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic tạo thêm khí hydrogen CO + H2O => CO2 + H2 (15.2) Đây phương pháp công nghiệp phổ biến để sản xuất hydrogen Tuy nhiên phương pháp không áp dụng để tạo nguồn lượng mà để cung cấp nguyên liệu cho ngành hóa chất, phân bón, tinh lọc dầu mỏ v.v b) than đá - lý oxid hóa than đá với nước nhiệt độ áp xuất cao sản lượng hydrogen có - cao, có khả cung ứng nhiên liệu cho nhiều hệ thống phân phối vùng rộng lớn điểm bất lợi lớn cho phương pháp lượng khí CO2 thải hồi lớn, lớn tất phương pháp để sản xuất hydrogen Do đó, cần phải có hệ thống thu hồi khí carbonic cách áp dụng kỹ thuật chuyển hóa carbon ( sequestration ) c) dầu khí Bộ chuyển đổi hydrocacbon thành khí hydro Quá trinh phản ứng: CnHm + n H2O – n CO = (n+m/2) H2 d) điện phân nước dùng dòng điện để tách nước thành khí hydrogen oxygen Quá trình gồm hai phản ứng xảy hai điện cực Hydrogen sinh điện cực âm oxygen điện cực dương: Phản ứng cathode: H2O + 2e- => H2 + OHPhản ứng anode: OH- => H2O + ½ O2 + 2e- Tổng quát: Giải thích thêm e) sinh học H2O + điện => H2 + O2 (15.5) Một số tảo vi khuẩn chuyên biệt sản sinh hydrogen sản phẩm phụ trình trao đổi chất chúng Ví dụ phương pháp việc ứng dụng loại tảo đơn bào có tên Chlamydomonas reinhardtii Các nghiên cứu cho thấy loại tảo chứa enzyme hydrogenase có khả tách nước thành hai thành phần hydrogen oxygen tảo "thở" oxygen lấy từ nước giải phóng khí hydrogen Gần đây, nhà khoa học trung tâm lượng hydrogen trường ĐH tiểu bang Pennsylvania nghiên cứu thành công phương pháp tạo hydrogen từ trình vi khuẩn phân hủy chất thải hữu sinh học, nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp v.v Ứng dụng nghiên cứu vừa kết hợp xử lý nước thải vừa sản xuất hydrogen cung cấp cho pin nhiên liệu vi khuẩn (micro-fuel cell), tạo điện Lưu trữ hydro Lưu chứa hydrogen dạng khí nén Hydrogen nén bình chứa với áp suất cao Các loại bình chứa khác cấu trúc tùy theo dạng ứng dụng đòi hỏi mức áp suất Phần lớn bình ứng dụng tĩnh có mức áp suất thấp Trong đó, yêu cầu cho ứng dụng di động lại khác biệt hạn chế không gian lưu trữ Đối với ứng dụng này, áp suất bình tăng lên đến 700 bar để chứa nhiều hydrogen tốt không gian giới hạn Các bình áp suất chứa khí nén thường làm thép nên nặng Các bình áp suất đại làm từ vật liệu composite nhẹ nhiều 15.3.2 Lưu chứa hydrogen dạng khí hóa lỏng Hydrogen tồn thể lỏng nhiệt độ cực lạnh, 200K hay âm 2350C Nén, làm lạnh (hóa lỏng) hydrogen tiêu tốn nhiều lượng, tổn thất lượng hao hụt đến khoảng 30% dùng phương pháp Tuy nhiên, ưu điểm việc lưu trữ hydrogen dạng lỏng tốn không gian nhất, hydrogen có tỉ trọng lượng theo thể tích cao hóa lỏng Vì mà cách đặc biệt thích hợp với ứng dụng di động phương tiện giao thông Hiện người ta sản xuất robot tự động để “tiếp” nhiên liệu (re-fuelling) Với dạng lưu trữ tĩnh, cách thức dùng hydrogen thực cần thiết phải dạng lỏng, ví dụ trạm nhiên liệu hay cần vận chuyển hydrogen đường dài (bằng tàu biển chẳng hạn) Ngoài ra, với tất ứng dụng khác ta nên tránh dùng cách lưu trữ tiêu tốn nhiều lượng cần để hóa lỏng 15.3.3 Lưu chứa hydrogen nhờ hấp thụ hóa học Hydrogen giữ nhiều hợp chất nhờ liên kết hóa học Và cần thiết, phản ứng hóa học xảy để giải phóng chúng, sau hydrogen thu thập đưa vào sử dụng pin nhiên liệu Các phản ứng hóa học thay đổi tủy theo hợp chất dùng để lưu trữ hydrogen Ví dụ như: vớiNH3BH3, hydrogen giải phóng nhờ nhiệt 100-300 0C; hay hydrogen giải phóng qua trình thủy phân (tác dụng với nước) hydride LiH, LiBH 4, NaBH4 Với phương pháp này, ta điều chỉnh lượng hydrogen sinh theo nhu cầu 15.3.4 Lưu chứa hydrogen hyđrua kim loại (metal hydride) Phương pháp sử dụng số hợp kim có khả độc đáo, hấp phụ hydrogen Các hợp kim hoạt động giống miếng xốp hút nước vậy, chúng “hút bám” hydrogen, tạo nên hyđrua kim loại Khi hyđrua kim loại “lấp kín” dần với nguyên tử khí hydrogen, tỏa nhiệt, đó, muốn giải phóng hydrogen, ta phải cung cấp nhiệt cho Công thức tổng quát trình hấp phụ nhả hấp hyđrua kim loại: M + xH2 MH2x (15.6) Phương pháp chứa lượng lớn thể tích khí hydrogenhấp phụ vào kim loại Tuy nhiên, lượng hydrogen hấp phụ chiếm khoảng 1% - 2% tổng trọng lượng bình chứa (kim loại) Vì mà bình chứa dạng nặng chúng sử dụng ứng dụng di động Ưu điểm phương pháp hầu hết hyđrua kim loại hoạt động áp suất bình thường, xét mặt sử dụng an toàn, điểm thuận lợi việc lưu trữ hydrogen nhờ hyđrua kim loại Muốn giải phóng khí hydrogen cần cung cấp nhiệt, thế, trường hợp thùng chứa bị bể vỡ chẳng hạn hydrogen giữ kết nối kim loại mà không bị hao hụt Lưu trữ hydrogen hyđrua kim loại ứng dụng nhiều tàu ngầm 15.3.5 Lưu chứa hydrogen ống carbon nano rỗng Phương pháp nguyên tắc tương tự hyđrua kim loại chế lưu giữ giải phóng hydrogen Vật liệu carbon nano tạo nên cách mạng công nghệ lưu trữ hydrogen tương lai Cách vài năm, nhà khoa học khám phá đặc tính hữu ích carbon nano chứa lượng lớn hydrogen vi cấu trúc than chì dạng ống Hydrogen chui vào ống, vào khoảng trống ống Lượng hydrogen hấp thụ phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ, nên nguyên tắc, người ta thay đổi áp suất nhiệt độ, bơm hydrogen vào để lưu trữ, hay đẩy hydrogen để sử dụng Vấn đề phải tìm loại ống nano carbon chứa nhiều hydrogen Ngoài ra, ta cần vật liệu với tỷ lệ ống nano carbon cao, không lẫn với nhiều loại bụi than khác Ưu điểm mang tính đột phá công nghệ nano lượng lớn hydrogen mà lưu chứa được, nữa, so với cách lưu trữ hợp kim ống carbon nano nhẹ Ống carbon nano chứa lượng hydrogen chiếm từ 4% - 65% trọng lượng chúng Hiện nay, công nghệ quan tâm nghiên cứu nhiều giới, hứa hẹn phương thức lưu trữ hydrogen đầy tiềm năng, cho ứng dụng pin nhiên liệu di động nhỏ gọn máy tính xách tay, máy ảnh, điện thoại di động v.v Ngoài ra, phương pháp lưu trữ hydrogen khác phổ biến thú vị, chứa hydrogen vi cầu kính 15.3.6 Lưu chứa hydrogen vi cầu thủy tinh (glass microsphere) Các khối cầu thủy tinh rỗng tí hon dùng phương thức lưu trữ hydrogen an toàn Những vi cầu rỗng làm nóng dẻo, gia tăng khả thấm thành thủy tinh, lấp đầy đặt ngập khí hydrogen với áp suất cao Các khối cầu sau làm nguội, "khóa lại" hydrogen bên khối thủy tinh Khi ta tăng nhiệt độ, hydrogen giải phóng khỏi khối cầu sử dụng Phương pháp vi cầu an toàn, tinh khiết chứa hydrogen áp suất thấp, gia tăng giới hạn an toàn Tóm lại - Không gây ô nhiễm: hydrogen sử dụng pin nhiên liệu, công nghệ hoàn toàn Sản phẩm phụ sinh nước, không làm nảy sinh vấn đề đáng lo ngại tràn dầu - Không thải khí gây hiệu ứng nhà kính: trình điện phân nước tạo hydrogen không tạo nên khí nhà kính Đó trình lý tưởng hoàn hảo – điện phân hydrogen từ nước, hydrogen lại tái kết hợp với oxygen để tạo nước cung cấp điện pin nhiên liệu - Không phụ thuộc kinh tế: không dùng dầu mỏ có nghĩa phụ thuộc vào thùng dầu nhập từ nước - Hydrogen sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau: từ nguồn lượng tái sinh Như vậy, lợi ích mặt môi trường, kinh tế xã hội hydrogen đáng kể ý nghĩa Tất mạnh tạo nên cú hích mạnh mẽ hướng nhân loại tiến đến kinh tế hydrogen Khó khăn thách thức + Nguyên nhân khiến giá thành cao phản ứng tạo nước phải sử dụng lượng lớn chất xúc tác platinium (vàng trắng) + xây dựng hệ thống hạ tầng trạm tiếp khí hydro đủ thuận tiện cho người sử dụng Hiện nay, trạm phải gắn liền với nhà máy điều chế hydro trị giá 7,5 triệu USD đủ nạp cho 60 xe/ngày Khó khăn sử dụng Hydrogen tồn dạng lỏng áp suất nhỏ so với áp suất nhiệt độ môi trường xung quanh Mật độ Hydrogen tăng thêm cách chứa đựng bình khí nén với cấu tạo đặc biệt tương tự thùng đông lạnh, chịu đựng áp suất nén cao tới 690 bar Hydro lỏng phải chứa vách ngăn lớp đảm bảo cách nhiệt, chống thấm hoàn toàn so với môi trường bên Bình chứa Hydro lỏng bao gồm phần đựng Hydro hệ thống làm lạnh, lớn từ 95 đến 300 lít có trọng lượng từ 100 đến 450 kg Ngoài khả cải thiện đặc tính động cơ, động Hydrogen có khả tăng khoảng thời gian nạp nhiên liệu cho bình lên từ 150 đến 320 km Ứng dụng nhiên liệu hydrogen Chúng ta quen thuộc với hình ảnh hydrogen nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp hóa học: chế tạo ammonia, methanol, lọc dầu, phân bón, luyện kim, mỹ phẩm, chất bán dẫn v.v Thế nhưng, vậy, hydrogen nguồn nhiên liệu đầy tiềm với nhiều ưu điểm thuận lợi môi trường kinh tế Hydrogen nguồn lượng sạch, gần không phát thải khí ô nhiễm mà sinh nước Từ nước qua trình điện phân ta lại thu hydrogen Vì vậy, hydrogen nguồn lượng gần vô tận hay tái sinh Hơn nữa, xét mặt trọng lượng, hydrogen có tỉ trọng lượng cao Trên thực tế, nhờ hai đặc tính nhẹ tỉ trọng lượng cao này, hydrogen dùng làm nhiên liệu cho tên lửa từ buổi ban đầu công nghệ du hành không gian Khi dùng làm nhiên liệu, hydrogen đốt trực tiếp động đốt trong, tương tự loại phương tiện giao thông chạy xăng dầu phổ biến Hydrogen thay khí thiên nhiên để cung cấp lượng cho nhu cầu dân dụng hàng ngày đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng v.v Mặt khác, hydrogen sử dụng làm nguồn lượng cung cấp cho hệ thống pin nhiên liệu, nhờ trình điện hóa để tạo điện Bên cạnh ưu điểm hydrogen nêu (sạch, tái sinh ), pin nhiên liệu chạy êm, không gây tiếng động, chấn động động đốt Do dựa chế trình điện hóa tạo điện trình đốt động đốt trong, pin nhiên liệu đạt hiệu suất sử dụng cao nhiều so với động đốt trong, mà tiết kiệm lượng Với ưu vượt trội đó, pin nhiên liệu ngày quan tâm dự đoán trở nên nguồn nhiên liệu đầy triển vọng, thành phần chủ chốt kinh tế hydrogen viễn cảnh tương lai Các câu hỏi: Trả lời câu hỏi khí hydro không hóa lỏng để nạp vào bình chứa xe ô tô, Các nhà khoa học nước tính đến việc hóa lỏng hydro giống hóa lỏng khí đốt tự nhiên Tuy nhiên, tất thất bại làm phòng thí nghiệm, thực qui mô thương mại Hydro bị hóa lỏng nhiệt độ âm (-) 255oC Việc làm khó trì hydro thể lỏng xe không thực được, không an toàn Điều buộc nhà công nghệ Nhật Bản chấp nhận dùng hydro nén vào bình hợp kim nhôm chịu áp lực cao có lớp vỏ sợi hóa học đặc biệt Vì hydro có đặc tính nhẹ cháy nên để đảm bảo an toàn, hãng xe có công nghệ riêng Chẳng hạn, Toyota lắp hai bình khí hydro hai bên hông xe Khi xảy cháy, hai bình khí tự động phóng để tránh gây thương tích cho người xe Hãng Nissan lắp bình hydro băng ghế sau xe với hệ thống 15 van an toàn Các nhà công nghệ Nhật Bản thực nghiệm dùng súng bắn thủng bình hydro, khí thoát chưa bốc cháy Người sử dụng xe yên tâm trường hợp va đập tai nạn giao thông gây cháy nổ bình hydro xe Tác giả tạo chất rắn mà theo báo cáo có cấu trúc nano Khi chất rắn phản ứng với nước xảy phản ứng hóa học tạo hydro Năng lượng cần thiết để tách hydro từ nước lượng có sẵn chất rắn cấu trúc nano Không có vi phạm định luật bảo toàn lượng Vào ban ngày, nhờ có ánh nắng mặt trời tiến hành trình quang điện hóa phân rã nước để sản xuất hyđrô đồng thời sử dụng hệ thống pin quang điện (pin mặt trời) pin quang điện hóa để sản xuất điện mặt trời (theo trình thể hai cạnh nghiêng tam giác lượng) Hyđrô sản xuất ban ngày sử dụng trực tiếp, tích trữ lại nhờ vật liệu hấp phụ ống nano cacbon (carbon nanotube), dạng hyđrua kim loại, kim loại magiê (Mg), natri (Na), lithi (Li), canxi (Ca), nhôm (Al), bo (B), dạng hyđrô nén áp suất cao Điện sản xuất ban ngày sử dụng trực tiếp, tích trữ lại ắc quy pin tái nạp điện (rechargable battery) pin Li-ion, pin Lipolyme Vào ban đêm, gặp thời tiết xấu, ánh nắng mặt trời, sản xuất điện hệ thống pin nhiên liệu hyđrô nhờ có hyđrô tích giữ lại vật liệu hấp thụ ống nano cacbon (carbon nanotube), dạng hyđrua kim loại, kim loại magiê (Mg), natri (Na), lithi (Li), canxi (Ca), nhôm (Al), bo (B), dạng hyđrô nén áp suất cao Mặt khác, vào ban đêm gặp thời tiết xấu, ánh nắng mặt trời sản xuất hyđrô đường điện phân nhờ điện mặt trời tích trữ ắc quy pin tái nạp điện pin Liion, pin Li-polyme (theo trình thể cạnh đáy tam giác lượng) 3 Hiđrô nhiên liệu hay ôxy nhiên liệu phản ứng kết hợp ôxy hiđrô? Từ nhân loại nhận biết vai trò ôxy phản ứng toả nhiệt chất tác dụng với ôxy để sinh nhiệt coi nhiên liệu, hyđrôđược coi nhiên liệu sạch, ôxy nhiên liệu mà coi tác nhân để nhiên liệu sinh nhiệt Nếu quan niệm chất sinh nhiệt nhiên liệu phản ứng hiđrô với ôxy ôxy nhiên liệu Dưới lý giải cho điều Chúng ta biết phản ứng kết hợp ôxy hyđrô, hai phân tử hyđrô tác dụng với phân tử ôxy tạo nên hai phân tử nước Hyđrô ôxy chất khí nhiệt độ thường Tỷ trọng ôxy xấp xỷ tỷ trọng không khí hyđrô thấp Lấy lượng hyđrô ôxy cho chúng kết hợp hết với để bơm vào hai bóng cao su Buộc hai bóng lại với thả vào không khí Do tỷ trọng thấp nên bóng hyđrô kéo bóng ôxy bay lên Chúng ta cho hai lượng chất tác dụng với kết thu nhiệt lượng nước Hyđrô ôxy bị khối lượng vật chất chúng dạng nhiệt toả Nếu đơn suy giảm khối lượng tỷ trọng bình quân chúng giảm theo hợp chất chúng tạo nhẹ so với không khí Điều có nghĩa hợp chất lên chìm xuống lớp khí thực tế Nước thể lỏng có tỷ trọng lớn không khí nên nẳm đáy tầng không khí Như hai chất khí có tỷ trọng trung bình thấp không khí kết hợp với toả nhiệt tạo chất có tỷ trọng lớn Để tăng tỷ trọng khối lượng không đổi thể tích phải giảm xuống Trong phản ứng xét thể tích lượng nước thu sau phản ứng nhỏ tổng thể tích hai lượng ôxy hyđrô Sự giảm tổng thể tích hiđrô ôxy phản ứng giải thích giảm thể tích hiđrô ôxy Vậy nguyên nhân tạo nên giảm thể tích nguyên tử hai thực giảm thể tích? Phân tử hi đrô chuyển hai electron cho nguyên tử ôxy để trở thành hai ion+ Do nên chúng liên kết với ion- nguyên tử ôxy nhận thêm electron tạo nên Sự liên kết thực bề mặt ion- Quá trình có tạo nên giảm thể tích không? Câu trả lời không sáp nhập nguyên tử hyđrô với nguyên tử làm tăng thể tích nguyên tử Phân tử hyđrô tạo nên suy giảm chuyển yếu tố tạo nên thể tích cho nguyên tử ôxy Như yếu tố đóng vai trò giảm thể tích ion- ôxy Để làm giảm thể tích phát sinh nhiệt phải có tác động từ bên hay có biến đổi bên Chúng ta biết không khí bị nén toả nhiệt Có nghĩa có lực ép từ bên lên khối không khí làm cho khối không khí giảm thể tích phát sinh nhiệt Hiệu ứng gọi hiệu ứng nén khí Nhưng hiệu ứng thể phản ứng kết hợp hiđrô với ôxy lực ép từ bên ngoài? Nguyên tử ôxy có sáu electron lớp Nó thiếu hai electron để tạo nên lớp vỏ bền vững Nhưng nhận thêm hai electron đẫ đủ điều kiện để lớp vỏ bền vững hay chưa? Câu trả lời chưa thực tế có nhiều hợp chất hoá học kết hợp từ đơn chất để đảm bảo điều kiện có đủ tám electron lớp vỏ độ bền hoá không cao số ôxít kim loại Điều kiện thứ hai electron phải liên kết liên hoàn với Điều kiện để thực liên kết liên hoàn electron phải liên kết với ba electron khác Đây liên kết không mang tính hoá trị (liên kết đôi) Liên kết liên hoàn thoả mãn electron nằm tám đỉnh khối lập phương lực liên kết electron lực điện từ Lực điện từ eletron bao gồm hai thành phần: lực điện lực từ Lực điện có hướng song song với có gốc xuất phát từ electron mặt phẳng eletrron nằm mặt đối diện khối lập phương Còn lực từ tạo nên vòng khép kín chứa eletron mặt phẳng vuông góc với lực điện Các lực liên kết electron thành lớp vỏ kín Đây yếu tố quan trọng làm cho lớp vỏ nguyên tử ôxy co lại nhận thêm hai eletron hình thành nên liên kết liên hoàn Dưới tác dụng lực điện từ, electron lớp vỏ bị hút lại gần làm lớp vỏ electron co lại Sự co lại lớp vỏ tạo nên lực ép lên electron lớp trong, buộc electron phải di chuyển vào sâu gần hạt nhân nguyên tử Để cân lượng vị trí mới, electron phải giải phóng bớt lượng nhiệt toả theo hiệu ứng nén khí Các electron thành phần nguyên tử ôxy Như nguyên tử ôxy nguồn phát sinh nhiệt phản ứng kết hợp với hyđrô Nói cách khác, ôxy nhiên liệu phản ứng với hyđrô Quan niệm hyđrô nhiên liệu không thưa quý vị độc giả? Đến đây, câu hỏi thú vị đặt chứng minh ôxy nhiên liệu phản ứng với hyđrô, trường hợp ôxy kết hợp với Các bon ôxy có nhiên liệu hay không phản ứng kết hợp có toả nhiệt, nguyên tử ôxy nhận thêm hai electron cho lớp vỏ nó? Chúng ta lưu ý điều kiện thường, ôxy chất khí, Các bon chất rắn Sự kết hợp chất rắn với chất khí tạo nên chất khí có tỷ trọng cao tỷ trọng không khí nhỏ tỷ trọng bình quân hai lượng chất ban đầu Sự thay đổi tỷ trọng có nguyên nhân từ tăng thể tích nguyên tử Các bon phản ứng Có thể có thay đổi thể tích nguyên tử ôxy ảnh hưởng nhiều đến thể tích chất chất tạo chất khí Do không xuất hiệu ứng nén khí nguyên tử ôxy ôxy không toả nhiệt Nhiệt lượng toả phản ứng Các bon Như Các bon nhiên liệu Chúng ta có công thức trường hợp rắn + khí = khí khác với trường hợp khí + khí = lỏng Có giải thích cho việc trường hợp nhận thêm hai electron hiđrô nguyên tử ôxy có hiệu ứng nén khí với hai electron Các bon không Nguyên nhân mức lượng hai cặp electron khác nhau, mối liên kết liên hoàn thực hoàn hảo với cặp electron hiđrô, không khó thực với cặp electron Các bon (và electron chất khác) Các electron nguyên tử hiđrô có lượng tương đương với electron lớp nguyên tử ôxy dễ dàng tạo nên mối liên kết liên hoàn, Các bon không tạo mối liên kết liên hoàn (chí có liên kết hoá trị) Vì nguyên tử ôxy lượng phản ứng với hiđrô không phản ứng với Các bon Mô hình electron lớp tạo thành khối lập phương mô hình không gian nguyên tử khí trơ Mô hình không phủ định mô hình phẳng nguyên tử dùng mà phát triển thêm Mô hình không gian thể thêm mối liên kết liên hoàn mà mô hình phẳng giúp giải thích hình thành hình dạng nguyên tử hay phân tử Mô hình tác giả viết trình bày lý thuyết mối quan hệ đặc biệt vật chất lượng báo cá có tựa đề “Điều sau giấc mơ” mà tác giả gửi Bộ Khoa học Công nghệ Việt nam năm 2005 Tái tạo : Hiện người ta thường sử dụng phản ứng oxy hóa phần, dạng phản ứng luân hồi nước khí áp suất tác động kỹ thuật hút bám để tạo 4.200 sft3/hr ( 1980 slpm ) Hydro Độ tinh khiết Hydro đạt 99,99% Lượng nước tiêu thụ tối đa ngày 15000 l/ngày Chi phí sử dụng : Chi phí lớn cho việc cải tạo cho việc thiết kế hệ thống cung cấp chứa nhiên liệu Bên cạnh đó, nhiên liệu Hydrogen có chi phí cao nguyên nhân giá nguồn điện cao ( có từ – 25% lượng điện bị trình điện phân ) Trong trường hợp cao nhất, theo bảng giá hydrua hay Hydro lỏng cao nhiều so với xăng Một cách tổng quát, giá điện giảm nửa, giá xăng tăng lên gấp chi phí cho phương pháp Chris Willson, Chủ tịch HSM nói: “chúng vui mừng với kết Một nguyên nhân làm đình trệ việc đưa hydro vào sử dụng hàng ngày vấn đề lưu trữ Vấn đề lưu trữ ngăn cản hydro cạnh tranh với loại nhiên liệu dầu lửa, hydro cháy hiệu không bị ô nhiễm ” Nhà hoá học Sean McGrady, nhà nghiên cứu đứng đầu dự án giải thích, nhiệm vụ khó khăn tìm phương pháp lưu trữ hydro an toàn hơn, hiệu kinh tế cho sử dụng theo yêu cầu Phương pháp để làm điều chuyển hyđro thành hợp chất -chất rắn - bạn sử dụng bạn muốn, cách an toàn, theo lượng bạn cần Hiện tại, khí hyđrô nén lại bình kim loại lớn, cao xấp xỉ feet Những bình vừa nặng vừa tốn vận chuyển Và khí hydro bị nén lại nên có độ rủi ro an toàn định NHỮNG PHÁT MINH TẠO RA NĂNG LƯỢNG TỪ NƯỚC TẠI VIỆT NAM Nước phần thiếu sống Ngày nay, nhiên liệu hóa thạch ngày trở nên cạn kiệt, nhiều nhà khoa học nghiên cứu phát minh số thiết bị tạo lượng từ nước Tuy nhiên, người quan tâm biết phát minh Nhiều người nghĩ điều phi thực tế Và có nhiều thắc nhà khoa học xung quanh vấn đề Trong đó, nhiều nhà khoa học thành công với nghiên cứu dừng lại phòng thí nghiệm xa vời thực tế để biểu diễn cho người khác xem mà ứng dụng rộng rãi Vì hiệu suất phản ứng phân hủy nước nhỏ giá thành cao, không kinh tế Tương lai biến nước thành điện khao khát cháy bỏng nhà khoa học để tạo nguồn lượng từ nguồn nước dồi Điều mở thay đổi lớn lĩnh vực đời sống Nhằm giới thiệu kĩ sâu rộng phát minh tạo lượng từ nước giới khoa học độc giả quan tâm, “Biến nước thành lượng: không?” Từ trước đến nay, khoa học điều bí ẩn người quan tâm Với chương trình truyền hình trực tiếp này, người làm chương trình hy vọng người dân tiếp cận gần với khoa học, đặc biệt ý tưởng, phát minh phục vụ sống Chương trình trao đổi vấn đề khoa học công nghệ truyền hình trực tiếp hình thức không mang tính chất truyền thông mà người xem tham gia trực tiếp, đặc biệt qua mạng 4G thử nghiệm Điều chứng minh cho phát triển công nghệ truyền thông Việt Nam Chương trình “Biến nước thành lượng: không?” tổ chức từ 9h3011h30 thứ 4, 25/4/2012 Phòng hội thảo, Khách sạn Vườn Thủ Đô (số Hoàng Ngọc Phách, Đống Đa, Hà Nội) gồm hai phần: truyền hình trực tiếp buổi giao lưu lifetv.vn vnmedia.vn (9h30-10h30) giao lưu trực tuyến trả lời câu hỏi độc giả sau chương trình vnmedia.vn (10h30-11h30) Khán giả gửi trực tiếp câu hỏi qua báo điện tử Vnmedia theo đường link… Chương trình có tham gia trực tiếp nhà khoa học, chuyên gia lượng từ nước, nhà sáng chế có phát minh tạo lượng từ nước, quan thông báo chí với theo dõi khán giả website lifetv.vn vnmedia.vn GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng, người tham gia buổi hội thảo TS.Nguyễn Chánh Khê ngày 9/3/2012 nhận xét sáng chế TS Khê: “Về mặt khoa học, theo tôi, ngôn ngữ khoa học phải chuẩn xác, không nên dễ dãi hay trừu tượng hóa Chất xúc tác để Máy phát điện TS Khê cộng làm tác giả khẳng định Hội thảo "chạy nước" Nhưng rõ ràng không nước tự tách ôxy hyđrô, trừ cung cấp lượng đủ lớn để vượt qua lượng liên kết tự tách Ở thân nước vật liệu nhiên liệu Từ nước để trở thành nhiên liệu nhiều cách khác điện phân, nhiệt phân, quang phân… để biến nước thành hyđrô Nên hoàn toàn đồng ý với kết luận GS Nguyễn Văn Hiệu là: “Chúng ta cần xác, không ngộ nhận” Tiến sĩ Giáp Văn Dương, công tác Đại học quốc gia Singapore cho rằng: “Điểm mấu chốt sử dụng chất khử để tạo hydro dùng xúc tác để phân hủy nước, thừa nhận tác giả buổi hội thảo điểm cốt yếu TS Nguyễn Chánh Khê tìm chất dẫn có cấu trúc nano Chất dẫn phản ứng với nước tạo hydrogen, sau hydrogen qua bình nhiên liệu để tạo điện Đây điểm nghiên cứu Cavendish tên đầy đủ Henry Cavendish (sinh ngày 10 tháng 10 năm 1731- 24 tháng năm 1810 ) nhà vật lý, hóa học người Anh người phát hydrogen, , mà ông gọi “khí ko cháy”, phản ứng với khí Oxy tạo nước [...]... Hiđrô là nhiên liệu hay ôxy là nhiên liệu trong phản ứng kết hợp giữa ôxy và hiđrô? Từ khi nhân loại nhận biết được vai trò của ôxy trong các phản ứng toả nhiệt thì các chất tác dụng với ôxy để sinh nhiệt đều được coi là nhiên liệu, trong đó hyđrôđược coi là nhiên liệu sạch, ôxy không phải là nhiên liệu mà nó được coi là tác nhân để nhiên liệu sinh nhiệt Nếu quan niệm rằng chất sinh nhiệt là nhiên liệu. .. ta lại có thể thu được hydrogen Vì vậy, hydrogen là nguồn năng lượng gần như vô tận hay có thể tái sinh được Hơn nữa, xét về mặt trọng lượng, hydrogen có tỉ trọng năng lượng cực kỳ cao Trên thực tế, nhờ hai đặc tính nhẹ và tỉ trọng năng lượng cao này, hydrogen đã được dùng làm nhiên liệu cho tên lửa từ những buổi ban đầu của công nghệ du hành không gian Khi dùng làm nhiên liệu, hydrogen có thể được đốt... lên từ 150 đến 320 km Ứng dụng nhiên liệu hydrogen Chúng ta đã khá quen thuộc với hình ảnh hydrogen như là nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp hóa học: chế tạo ammonia, methanol, lọc dầu, phân bón, luyện kim, mỹ phẩm, chất bán dẫn v.v Thế nhưng, không chỉ có vậy, hydrogen còn là một nguồn nhiên liệu đầy tiềm năng với nhiều ưu điểm thuận lợi về môi trường và kinh tế Hydrogen là nguồn năng lượng sạch,... Một trong những nguyên nhân làm đình trệ việc đưa hydro vào sử dụng hàng ngày là vấn đề lưu trữ Vấn đề lưu trữ này đã ngăn cản hydro cạnh tranh với một loại nhiên liệu là dầu lửa, mặc dù hydro cháy hiệu quả hơn và không bị ô nhiễm ” Nhà hoá học Sean McGrady, nhà nghiên cứu đứng đầu dự án này giải thích, nhiệm vụ khó khăn là tìm ra một phương pháp lưu trữ hydro an toàn hơn, hiệu quả và kinh tế hơn sao... 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 trở nên nguồn nhiên liệu đầy triển vọng, một thành phần chủ chốt của nền kinh tế hydrogen trong viễn cảnh tương lai Các câu hỏi: 1 Trả lời câu hỏi vì sao khí hydro không được hóa... nhiệt độ, nên về nguyên tắc, người ta có thể thay đổi áp suất hoặc nhiệt độ, rồi bơm hydrogen vào để lưu trữ, hay đẩy hydrogen ra để sử dụng Vấn đề hiện nay là phải tìm ra các loại ống nano carbon chứa được nhiều hydrogen Ngoài ra, ta cũng cần vật liệu với tỷ lệ ống nano carbon cao, không lẫn với nhiều loại bụi than khác Ưu điểm mang tính đột phá của công nghệ nano này chính là lượng lớn hydrogen mà... trong phản ứng kết hợp với hyđrô Nói cách khác, chính ôxy là nhiên liệu trong phản ứng với hyđrô Quan niệm hyđrô là nhiên liệu còn đúng không thưa quý vị độc giả? Đến đây, một câu hỏi thú vị sẽ được đặt ra là trên đây đã chứng minh ôxy là nhiên liệu trong phản ứng với hyđrô, vậy trong trường hợp ôxy kết hợp với Các bon thì ôxy có là nhiên liệu hay không khi đó cũng là phản ứng kết hợp có toả nhiệt,... phổ biến hiện nay Hydrogen 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 v.v Mặt khác, hydrogen còn có thể 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 Bên cạnh những ưu điểm của hydrogen như đã nêu trên (sạch, tái sinh ), pin nhiên liệu còn chạy rất... nạp vào các bình chứa trên xe ô tô, Các nhà khoa học của 3 nước này đều đã tính đến việc hóa lỏng hydro giống như hóa lỏng khí đốt tự nhiên Tuy nhiên, tất cả đều thất bại vì có thể làm được tại phòng thí nghiệm, nhưng không thể thực hiện ở qui mô thương mại Hydro bị hóa lỏng ở nhiệt độ âm (-) 255oC Việc làm này đã khó nhưng duy trì hydro ở thể lỏng trên xe hơi là không thực hiện được, nếu được cũng... lượng hydrogen của trường ĐH tiểu bang Pennsylvania cũng đã nghiên cứu thành công phương pháp tạo ra hydrogen từ quá trình vi khuẩn phân hủy các chất thải hữu cơ sinh học, như nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp v.v Ứng dụng nghiên cứu này vừa kết hợp xử lý nước thải và vừa sản xuất hydrogen cung cấp cho pin nhiên liệu vi khuẩn (micro-fuel cell), tạo ra điện năng Lưu trữ hydro Lưu chứa hydrogen ... truyền thống xăng, dầu… Pin nhiên liệu Trong kỉ 19 mệnh danh kỉ động nước kỉ 20 kỉ động đốt ta nói, kỉ 21 kỉ nguyên pin nhiên liệu Pin nhiên liệu sử dụng hydrogen làm nhiên liệu, mang đến triển vọng... pin nhiên liệu Có nhiều loại pin nhiên liệu kiểu vận hành cách khác chung nguyên tắc Khi nguyên tử hydrogen vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy anode lấy electron chúng Những nguyên tử hydrogenl... động cơ, động Hydrogen có khả tăng khoảng thời gian nạp nhiên liệu cho bình lên từ 150 đến 320 km Ứng dụng nhiên liệu hydrogen Chúng ta quen thuộc với hình ảnh hydrogen nguyên liệu cho nhiều