V. Tồn trữ hydro
V.2.3 Tồn chứa H2 trong các vi cầu thủy tinh
Các khối cầu thủy tinh rỗng tí hon có thể được sử dụng tồn chứa H2 an toàn.
Những vi cầu rỗng được làm nóng dẻo, gia tăng khả năng thấm của thành thủy tinh, rồi được lấp đầy khi được đặt ngập trong khí H2 với áp suất cao.
Các khối cầu này sau đó được làm nguội và "khóa lại" H2 bên trong khối thủy tinh.
Khi tăng nhiệt độ, H2 sẽ được giải phóng ra khỏi khối cầu và sử dụng.
Đây là phương pháp rất an toàn, tinh khiết và có thể chứa được H2 ở áp suất thấp nhằm gia tăng giới hạn an toàn.
VI. ỨNG DỤNG CỦA HYDROGEN
H2 là một nguồn nhiên liệu đầy tiềm năng với nhiều ưu điểm thuận lợi về môi trường và kinh tế:
H2 là nguồn năng lượng sạch, gần như không phát thải khí gây ô nhiễm mà chỉ sinh ra hơi nước;
Từ nước qua quá trình điện phân thu được H2. Vậy H2 là nguồn năng lượng gần như vô tận hay có thể tái sinh được;
H2 có tỉ trọng năng lượng cao.
Một số ứng dụng của H2:
VI.1 Khí đốt
H2 có thể thay thế khí thiên nhiên để cung cấp năng lượng cho các nhu cầu dân dụng như: đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng...
H2 là một nhiên liệu cho nhiệt năng cao nhất → tiết kiệm chi phí rất lớn cho các doanh nghiệp sản xuất;
Nhiệt năng H2: 2.200 oC (so với than chỉ 1.600-1.700 oC)
Chỉ tiêu H2 CH4 C3H8
H2 đem đốt không thải ra khí độc → không gây ô nhiễm môi trường, không gây độc hại trực tiếp cho người sản xuất.
VI.2 Nhiên liệu động cơ
H2 có thể được đốt trực tiếp trong động cơ của các loại phương tiện giao thông chạy bằng xăng dầu.
Hãng Nissan đã cho ra đời xe ô tô Leaf chạy bằng H2 (tại Mỹ);
General Motors đã sản xuất 100 xe H2 thử nghiệm có tên gọi Chevrolet Equinox;
Hãng Honda có mẫu xe FCX Clarity chạy H2;
Toyota có kế hoạch đưa mẫu xe chạy H2 đại trà đầu tiên vào 2015;
BMW (Đức) đã kết thúc quá trình chạy thử nghiệm một động cơ H2 và tiếp tục nghiên cứu thêm cho các thế hệ tiếp theo;
Canada đã đưa 20 xe bus chạy H2 vào hoạt động 2010.
Khi các phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu H2 cần thiết lập các trạm phân phối vào bình chứa.
Do lượng khí các xe tiêu thụ lớn hơn rất nhiều so với xăng, sẽ đòi hỏi một mạng lưới vận chuyển khổng lồ.
Một ý kiến cho rằng: "Nếu tất cả các xe trên thế giới hiện nay chuyển sang dùng H2, thì cứ 5 xe đang lưu thông sẽ có 1 chiếc là xe téc chở khí H2".
Trong tương lai, mức tiêu tốn cho 1 xe chạy bằng H2 khoảng 0,95 lít H2 lỏng/100km.
VI.3 Pin nhiên liệu
Cathod: O2 + 4 H+ + 4e- → 2 H2O Tổng quát: 2 H2 + O2 → 2 H2O + E
Khi những nguyên tử H2 vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy ra ở anod:
o Những nguyên tử H2 bị ion hóa và mang điện tích dương (H+). o Electron âm sẽ chạy qua dây dẫn tạo ra dòng điện một chiều.
o O2 đi vào cathod kết hợp với e- từ dòng điện và các ion H+ ra khỏi chất điện phân từ anod (hoặc O2 lấy e- rồi đi qua chất điện phân đến anod và kết hợp với H+) sinh ra H2O.
Phản ứng tổng quát cho pin nhiên liệu tương tự như phản ứng hóa học mô tả quá trình H2 bị đốt cháy với sự hiện diện của O2.
Điểm khác biệt quan trọng giữa hai quá trình đó là cơ chế phản ứng:
o Phản ứng cháy tạo ra nhiệt trong khi phản ứng điện hóa của pin nhiên liệu sinh ra điện năng.
o Chuyển đổi hóa năng thành điện năng của pin nhiên liệu không phải là đối tượng của định luật nhiệt động lực học - giới hạn hiệu suất tối đa của các động cơ nhiệt thông thường (Carnot).
o Hiệu suất pin nhiên liệu có thể vượt giới hạn Carnot, ngay cả khi vận hành ở nhiệt độ tương đối thấp.
Pin nhiên liệu chạy rất êm, không gây ra tiếng động, chấn động như động cơ đốt trong; hiệu suất sử dụng cao vì thế tiết kiệm năng lượng hơn.
Pin nhiên liệu sử dụng H2 làm nhiên liệu, mang đến triển vọng cung cấp cho thế giới một nguồn điện năng sạch và bền vững.
Pin nhiên liệu hiện nay đang dần được phổ biến trên thị trường, dự đoán sẽ tạo nên cuộc cách mạng năng lượng trên thế giới trong tương lai.
Pin nhiên liệu Ắc quy
Cơ chế phản ứng điện hóa điện hóa
Năng lượng cung cấp o Không chứa bên trong;
o Chuyển hóa trực tiếp nhiên liệu thành điện năng
o Chứa bên trong; o Cần nạp điện lại từ
một nguồn bên ngoài
Dòng cung cấp Liên tục Gián đoạn (do sạc)