Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Bài Tập Lớn Môn Môi Trường Và Con Người Đề Tài: CÔNG NGHỆ XANH VÀ NĂNG LƯỢNG SẠCH HẠT NHÂN, ĐỊA NHIỆT, FUEL CELL Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh Các thành viên nhóm: Lê Quốc Trí Trương Quốc Dũng Phạm Võ Trọng Ân Tăng Kiến An Phạm Đăng Khoa Hồ Thanh Lâm Nguyễn Tuấn Anh Lê Đức Toàn G1003578 51100649 51200154 51200024 81201717 81201835 81200095 81203913 MỤC LỤC I Công nghệ xanh lượng sạch: Công nghệ xanh: 2 Năng lượng sạch: II Ứng dụng cộng nghệ xanh lượng sạch: Tế bào nhiên liệu (fuel cell): a) Định nghĩa: b) Cấu tạo c) Nguyên lý hoạt động: .4 d) Phân loại: e) Ứng dụng: f) Vấn đề môi trường: Năng lượng địa nhiệt: a) Khái niệm địa nhiệt năng: b) Tác động môi trường: .12 c) Kinh tế: 12 d) Triển vọng khai thác sử dụng điện địa nhiệt Việt Nam: .13 Năng lượng hạt nhân: 14 a) Khai thác: 14 b) Sử dụng tái sử dụng: 14 c) Tác động môi trường: 15 I Công nghệ xanh lượng sạch: 1) Công nghệ xanh: Công nghệ xanh khái niệm người trước nguy ô nhiễm toàn cầu Đây nỗi ưu tư lớn nhà làm khoa học chân nhằm mục đích cổ suý việc tạo dựng tiêu dùng lượng qua chiều hướng phát thải phế thải không độc hại hay độc hại hạn chế vấn nạn hâm nóng toàn cầu Từ suy nghĩ đó, họ luôn nghĩ đến phương cách, quy trình mới, sáng tạo cải tiến công nghệ cũ trở thành công nghệ xanh để bảo vệ môi trường chung cho giới Mục tiêu chiều hướng giải vần đề qua khái niệm công nghệ xanh gồm nhiều lãnh vực liệt kê sau: - Phát triển bền vững công nghệ thân thiện với môi trường (friendly), không làm tổn hại đền nguồn tài nguyên thiên nhiên hay ảnh hưởng nguy hại đến hệ tương lai - Tạo dựng chu trình kín sản xuất, nghĩa phế phẩm quy trình nguyên liệu quy trình sản xuất khác - Giảm thiểu tối đa phế thải độc hại tăng cường khả tái tạo sản phẩm cũ thành nguyên liệu - Trong nông nghiệp, sáng tạo công nghệ thay sư dụng phân bón hoá chất - Một lãnh vực quan trọng cần phải nêu lãnh vực lượng Công nghệ xanh đòi hỏi cần phải sử dụng lượng hợp lý giảm thiểu hầu bảo vệ mội trường thiên nhiên - Hóa học xanh yếu tố quan trọng góp phần vào việc giải công nghệ xanh 2) Năng lượng sạch: Là nguồn lượng chất thải có chất thải không gây ô nhiễm bầu không khí ô nhiễm nguồn nước không ảnh hưởng tới môi trường sống người hệ sinh thái Ví dụ điện, gió, lượng mặt trời nguồn lượng II Ứng dụng cộng nghệ xanh lượng sạch: 1) Tế bào nhiên liệu (fuel cell): a Định nghĩa: Các tế bào nhiên liệu (tiếng Anh: fuel cell), hay gọi "pin nhiên liệu", biến đổi lượng hóa họccủa nhiên liệu, thí dụ hiđrô, trực tiếp thành lượng điện Không giống pin ắc quy, tế bào nhiên liệu không bị điện khả tích điện Tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục nhiên liệu (hiđrô) chất ôxi hóa (ôxy) đưa từ vào Pin nhiên liệu loại thiết bị lượng có mức thải ô nhiễm gần "bằng 0", thân thiện với môi trường nhiên giá thành không nhỏ * Lịch sử Năm 1839 nhà khoa học tự nhiên người xứ Wales Sir William Robert Grove chế tạo mô hình thực nghiệm tế bào nhiên liệu, bao gồm hai điện cựcplatin bao trùm hai ống hình trụ thủy tinh, ống chứa hiđrô ống chứa ôxy Hai điện cực nhúng axít sulfuric loãng chất điện phân tạo thành dòng điện chiều Vì việc chế tạo hệ thống tế bào nhiên liệu phức tạp giá thành đắt, công nghệ dừng lại thập niên 1950 Thời gian ngành du hành vũ trụ kỹ thuật quân cần dùng nguồn lượng nhỏ gọn có suất cao Các tàu du hành vũ trụ tàu ngầm cần dùng lượng điện không thông qua động đốt NASA định dùng cách sản xuất điện trực tiếp phương pháp hóa học thông qua tế bào nhiên liệu chương trình du hành vũ trụ Gemini Apollo Các tế bào nhiên liệu sử dụng chương trình Gemini NASA phát triển vào năm 1965 Với công suất khoảng kW tế bào nhiên liệu cung cấp đồng thời điện vànước uống cho phi hành gia vũ trụ Các tế bào nhiên liệu chương trình Gemini dài 60 cm có đường kính 20 cm Công việc nghiên cứu công nghệ tế bào nhiên liệu bị ngưng đến thập niên 50 kỷ 20 mà tiếp tục phát triển để hoàn thiện Nhờ chế tạo màng (membrane) có hiệu cao vật liệu có khả chống ăn mòn hóa học tốt nhờ vào công tìm kiếm nguồn lượng thân thiện môi trường cho tương lai tế bào nhiên liệu phát triển mạnh vào đầu thập niên 1990 Thông qua việc sử dụng tế bào nhiên liệu dành cho mục đích dân trở thành thực Ngày khả sử dụng trải dài từ vận hành ô tô, sưởi nhà qua nhà máy phát điện có công suất 100 kW ứng dụng bé nhỏ điện thoại di động máy vi tính xách tay b Cấu tạo: Một tế bào nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm Lớp thứ điện cực nhiên liệu (cực dương), lớp thứ hai chất điện phân dẫn ion lớp thứ ba điện cực khí ôxy (cực âm) Hai điện cực làm chất dẫn điện (kim loại, than chì, ) Chất điện phân dùng nhiều chất khác tùy thuộc vào loại tế bào nhiên liệu, có loại thể rắn, có loại thể lỏng có cấu trúc màng Vì tế bào riêng lẻ tạo điện thấp tùy theo điện cần dùng nhiều tế bào riêng lẻ nối vào nhau, tức chồng lên Người ta thường gọi lớp chồng lên stack Ngoài ra, hệ thống đầy đủ cần có thiết bị phụ trợ máy nén, máy bơm, để cung cấp khí đầu vào, máy trao đổi nhiệt, hệ thống kiểm tra yêu cầu, chắn vận hành máy, hệ thống dự trữ điều chế nhiên liệu c Nguyên lý hoạt động: Về phương diện hóa học tế bào nhiên liệu phản ứng ngược lại điện phân Trong trình điện phân nước bị tách thành khí hiđrô khí ôxy nhờ vào lượng điện Tế bào lượng lấy hai chất biến đổi chúng thành nước Qua đó, lý thuyết, phần lượng điện đưa vào giải phóng thật thất thoát qua trình hóa học vật lý lượng thu Các loại tế bào nhiên liệu chung nguyên tắc mô tả dựa vào tế bào nhiên liệu PEM (Proton Exchange Membrane - tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton) sau: Ở bề mặt cực dương khí hiđrô bị ôxy hóa hóa điện: Các điện tử giải phóng từ cực dương qua mạch điện bên cực âm Các proton H+ di chuyển chất điện phân xuyên qua màng có khả cho proton qua cực âm kết hợp với khí ôxy có sẵn không khí (nồng độ 21%) điện tử tạo thành nước: Tổng cộng: d Phân loại: Các hệ thống tế bào nhiên liệu phân loại theo nhiều cách khác tùy theo cách nhìn: + Phân loại theo nhiệt độ hoạt động + Phân theo loại chất tham gia phản ứng + Phân loại theo điện cực + Phân theo loại chất điện phân cách phân loại thông dụng ngày Liệt kê loại tế bào nhiên liệu khác nhau: AFC (Alkaline fuel cell - tế bào nhiên liệu kiềm) PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - trao đổi hạt nhân qua mạng lọc) PAFC (Phosphoric acid fuel cell - tế bào nhiên liệu axit phosphoric) MCFC (Molten carbonate fuel cell - tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy) SOFC (Solid oxide fuel cell - tế bào nhiên liệu oxit rắn) DMFC (Direct methanol fuel cell - tế bào nhiên liệu methanol trực tiếp)