Nguồn năng lượng Hydrogen cho máy đẩy tàu thủy (Phần 2)

+ Hydrogen từ khí đốt thiên nhiên:

Điều chế hydrogen từ các nguồn nguyên liệu thiên nhiên như khí đốt được thực hiện dễ dàng nhất, và không cần phải sản xuất qua một nguồn nguyên liệu trung gian khác. Phương pháp này không đòi hỏi một công nghệ phức tạp và cho tỷ lệ hydrogen-carbon cao. Do đó hạn chế được tối đa lượng khí carbonic phát thải vào không khí. Trong giai đoạn chuyển tiếp, hiện tại đây có thể là một giải pháp có hiệu quả kinh tế cao vì nguồn vốn đầu tư và sản xuất tương đối thấp so với các phương pháp khác.

+ Hydrogen từ than đá:

 

+ Hydrogen từ năng lượng hạt nhân:

Trong phương pháp này, nguồn nguyên liệu chính là uranium Đây là một nguồn nguyên liệu ổn định.

Quá trình sản xuất hydro trong các lò phản ứng hạt nhân có thể xảy ra như sau: hơi nước được điện giải trong phản ứng nhiệt hóa (HTES) từ khoảng 700 đến 1.000⁰C để cho ra hydro. Phản ứng này không cần đến các chất xúc tác và có hiệu suất cao hơn phản ứng nhiệt hóa.

+ Hydrogen từ phương pháp điện phân:

Phương pháp điện phân nước để có được hydrogen và oxygen được phát minh vào cuối thế kỷ XVIII và không có hiệu quả kinh tế cao so với các phương pháp trên. Nhưng hiện tại, cách này vẫn được sử dụng trong giai đoạn chuyển tiếp dùng năng lượng hydrogen vì nó dễ dự trữ và hệ thống điện phân có thể đặt ngay tại các trạm bán xăng dầu. Hydro sẽ được chứa trong những bình chứa đặc biệt sẵn sàng được bơm thẳng vào bình nhiên liệu của xe.

+ Hydrogen từ năng lượng gió :

Trong phương pháp này, người ta phải  chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng và sau đó dùng điện năng này để điện phân nước thành hydrogen.

Năng lượng gió hiện đang có lợi thế trong việc sản xuất nguồn năng lượng hydrogen và có khả năng biến nguồn năng lượng này có hiệu quả kinh tế cao. Đây cũng sẽ là nguồn năng lượng trong tương lai, giảm thiểu sự phát thải khí carbonic, tác nhân chính của sự hâm nóng toàn cầu, và giảm thiểu lượng hydrocarbon trong dầu khí dùng cho việc di chuyển và sản xuất ra điện năng tiêu dùng.

Lưu chứa hydrogen

Khác với điện năng, hydrogen có thể lưu trữ được lâu dài. Về cơ bản có ba phương thức lưu trữ hydrogen như sau:

- Lưu chứa hydrogen trong các bình khí nén áp suất cao.

-  Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng.

- Lưu chứa hydrogen trong hợp chất khác (hấp thụ hóa học, hấp phụ trong hợp chất khác như với các hyđrua kim loại hay ống carbon nano rỗng).

+ Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí nén

Hydrogen có thể được nén trong các bình chứa với áp suất cao. Các loại bình chứa khác nhau về cấu trúc tùy theo mục đích sử dụng. Áp suất trong bình được tăng lên đến 700 bar để chứa được càng nhiều hydrogen càng tốt trong một không gian giới hạn.

+ Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng

Trong dạng lưu trữ này, hydrogen chỉ tồn tại ở thể lỏng dưới nhiệt độ cực lạnh, 20⁰K hay âm 235⁰C. Nén, làm lạnh (hóa lỏng) hydrogen tiêu tốn khá nhiều năng lượng, do đó tổn thất năng lượng hao hụt đến khoảng 30%. Tuy nhiên, ưu điểm của việc lưu trữ hydrogen dưới dạng lỏng là tốn ít không gian nhất, do hydrogen có tỉ trọng năng lượng theo thể tích cao nhất khi hóa lỏng. Vì thế mà cách này đặc biệt thích hợp với các bình di động như các phương tiện giao thông.

+ Lưu chứa hydrogen nhờ hấp thụ hóa học

Trong dạng lưu trữ này, hydrogen được giữ trong nhiều hợp chất nhờ liên kết hóa học. Khi cần thiết, phản ứng hóa học sẽ xảy ra để giải phóng chúng, sau đó hydrogen được thu thập và đưa vào sử dụng trong pin nhiên liệu. Các phản ứng hóa học thay đổi tùy theo hợp chất dùng để lưu trữ hydrogen.

+ Lưu chứa hydrogen trong các hyđrua kim loại (metal hydride)

Phương pháp lưu trữ này sử dụng một số hợp kim có khả năng độc đáo có thể hấp phụ hydrogen. Các hợp kim này hoạt động giống như miếng xốp có thể hút nước vậy, chúng “hút bám” hydrogen, tạo nên các hyđrua kim loại. Khi một hyđrua kim loại được “lấp kín” dần với các nguyên tử khí hydrogen, nó sẽ tỏa nhiệt, do đó, khi muốn giải phóng hydrogen, ta sẽ phải cung cấp nhiệt cho nó. Lưu trữ hydrogen bằng các hyđrua kim loại hiện nay đang được ứng dụng nhiều trong các tàu ngầm.

+ Lưu chứa hydrogen trong ống carbon nano rỗng

Phương pháp lưu trữ này về nguyên tắc tương tự như hyđrua kim loại trong cơ chế lưu giữ và giải phóng hydrogen. Vật liệu carbon nano này có thể tạo nên một cuộc cách mạng trong công nghệ lưu trữ hydrogen trong tương lai. Cách đây vài năm, các nhà khoa học đã• khám phá được đặc tính hữu ích của carbon nano là có thể chứa được những lượng lớn hydrogen trong các vi cấu trúc than chì dạng ống. Hydrogen có thể "chui" vào trong ống, cũng như vào khoảng trống giữa các ống. Lượng hydrogen hấp thụ phụ thuộc vào áp suất và 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.

+ Lưu chứa hydrogen trong các vi cầu thủy tinh (glass microsphere)

 Các khối cầu thủy tinh rỗng tí hon có thể được dùng như một phương thức lưu trữ hydrogen an toàn. Những vi cầu rỗng này được làm nóng dẻo, gia tăng khả năng thấm của thành thủy tinh, rồi được lấp đầy khi được đặt ngập trong khí hydrogen với áp suất cao. Các khối cầu này sau đó được làm nguội, "khóa lại" hydrogen bên trong khối thủy tinh. Khi ta tăng nhiệt độ, hydrogen sẽ được giải phóng ra khỏi khối cầu và sử dụng. Phương pháp vi cầu này rất an toàn, tinh khiết và có thể chứa được hydrogen ở áp suất thấp, vì thế gia tăng giới hạn an toàn.

 T.Thức