Nhiên liệu hydrogen là gì? Pin nhiên liệu hydro là gì? Tính ứng dụng của hai nguồn năng lượng này như thế nào? Để hiểu hơn về nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro, mời bạn cùng Oreka tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé.
Nội dung
Nhiên liệu hydrogen là gì?
Hydrogen là một nguồn nhiên liệu an toàn, không gây ra những ảnh hưởng tiêu cực cho môi trường và con người.
Năng lượng hydro là nguồn năng lượng thứ cấp, chúng không có sẵn để khai thác trực tiếp mà cần được tạo ra từ một nguồn sơ cấp khác như các hợp chất hydrocacbon hoặc nước.
Một số phương pháp sản xuất năng lượng hydrogen có thể kể tới như:
- Sản xuất từ quá trình điện phân
- Sản xuất từ năng lượng mặt trời
- Sản xuất từ năng lượng gió
- Sản xuất từ các phương pháp sinh học
- Sản xuất từ phương pháp nhiệt phân nhanh
- Sản xuất từ phương pháp khí hóa nước siêu tới hạn (SCWG)
Để sản xuất năng lượng hydro cần sử dụng tấm pin nhiên liệu, nó sẽ tạo ra điện năng bằng việc kích thích phản ứng hóa học giữa oxy và hydro.
Pin nhiên liệu hydro là gì?
Pin nhiên liệu hydro là loại pin không có khả năng tích điện, tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục khi nguồn nhiên liệu oxy và hydro được đưa từ bên ngoài vào. Pin nhiên liệu là một động cơ sản sinh ra điện và nước dựa trên việc hấp thụ hydro.
Pin có cấu tạo 3 lớp, bao gồm:
- Lớp điện cực nhiên liệu – anot (Cực dương)
- Lớp điện giải dẫn proton mang
- Lớp điện cực khí oxy (Cực âm)
Theo các tài liệu ghi chép, pin nhiên liệu hydro được xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1938. Nhà vật lý và luật sư xứ Wales – Sir William Grove đã viết về sự phát triển của chiếc pin nhiên liệu thô trong một bức thư được ghi ngày tháng 10/1938 nhưng được xuất bản vào tháng 12/1938 của Tạp chí Triết học London và Edinburgh và Tạp chí Khoa học.
Ưu nhược điểm của nhiên liệu hydro
| Ưu điểm | Nhược điểm |
| – Nguồn nhiên liệu vô tận, không lo cạn kiệt. – Ít gây ra tác hại cho môi trường và con người. – Nguồn năng lượng an toàn, không gây ra sự cố có hại nào cho môi trường, con người | – Yêu cầu trình độ công nghệ cao, công tác vận chuyển gặp khó khăn. – Chi phí đầu tư công nghệ sản xuất lớn. – Khả năng lưu trữ năng lượng còn hạn chế về công suất |
Ưu nhược điểm của pin nhiên liệu hydro
| Ưu điểm | Nhược điểm |
| – Việc sử dụng pin nhiên liệu hydro chỉ thải nước ra môi trường, nhờ đó giảm bớt tác động tiêu cực đến môi trường. – Hiệu suất cao hơn so với pin thông thường, do pin có thể tạo ra năng lượng liên tục mà không cần phải dừng sạc như các dòng pin bình thường. – Phạm vi hoạt động của xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro lên đến 500 km. – Thời gian bơm nhiên liệu chỉ mất từ 3 – 5 phút, vì nó chỉ dùng động cơ điện nên không cần bộ truyền lực phức tạp. – Vận hành yên tĩnh, không gây ra tiếng ồn như động cơ đốt trong. | – Giá bán xe sử dụng pin nhiên liệu hydro khá cao. – Các trạm sạc điện còn hạn chế. – Công nghệ xe chưa phổ biến để hấp dẫn người dùng. |
Đọc thêm: Vai Trò Của Năng Lượng Địa Nhiệt Là Gì?
Thực trạng ứng dụng nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro như thế nào?
Nhiên liệu hydrogen
Trong bối cảnh nhiên liệu đang dần cạn kiệt và những ảnh hưởng tiêu cực của việc sử dụng các nhiên liệu này đến môi trường ngày càng nghiêm trọng, việc nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng sạch thay thế rất quan trọng.
Năng lượng hydro được đánh giá là một nguồn nguồn năng lượng thay thế tiềm năng có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới, đồng thời giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường và cuộc sống con người.
Tuy vậy, việc phát triển và ứng dụng rộng rãi nguồn năng lượng này vẫn còn khá hạn chế. Theo đó, chi phí sản xuất hydro còn khá cao, do bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, cụ thể chi phí sản xuất năng lượng hydro dao động từ 0.96 USD/kg – 6.64 USD/kg (Nghiên cứu của Balat H và các cộng sự).
Trên thế giới hiện có khoảng 75 cơ sở nghiên cứu nhiên liệu hydro, và 150 cơ sở đang trong giai đoạn lên kế hoạch phát trên toàn cầu, trong đó chủ yếu các cơ sở này đang đặt tại Hoa Kỳ. Hiện tại, mỗi năm Mỹ sản xuất ra khoảng 9 triệu tấn năng lượng hydro, đủ để cung cấp cho 20-30 triệu chiếc ô tô hoặc 5 – 8 triệu ngôi nhà. Tuy vậy, nguồn năng lượng này chỉ đang đủ đề cung cấp cho khoảng 18% nhu cầu năng lượng trên toàn cầu.
Nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của năng lượng hydro với các nguồn năng lượng truyền thống, các nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện các phương pháp sản xuất mới.
Pin nhiên liệu hydro
Trong những năm gần dây, công nghệ pin hydro đang nhận được nhiều sự quan tâm của công chúng bởi hiệu suất cao và lượng khí phát thải thấp. Pin nhiên liệu hydro đang được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực giao thông vận tải.
Theo đó, tính đến năm 2019, trên thế giới có khoảng 19.000 xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro và 340 trạm tiếp nhiên liệu hydro. Đến năm 2020, con số này tăng lên lần lượt là 35.000 xe và 540 trạm.
Theo dự kiến đến năm 2040, pin nhiên liệu hydro sẽ chiếm 25% thị phần toàn cầu và có khoảng 400 triệu xe sử dụng công nghệ này vào năm 2050.
Trong ứng dụng trạm phát điện, pin nhiên liệu hydro được coi là nguồn điện cơ bản, nguồn điện dự phòng và nguồn điện – nhiệt kết hợp. Thị trường trạm tiếp nhiên liệu hydro năm 2019 đạt 2.98 tỷ USD và đang trên đà tăng trưởng.
Tại Hoa Kỳ, báo cáo của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) cho biết, hơn 235 MW cung cấp điện pin nhiên liệu tĩnh đã được lắp đặt với khoảng 8.000 đơn vị điện dự phòng được triển khai hoặc đặt hàng.
Các trạm công nghệ pin nhiên liệu hydro không những đóng vai trò dự phòng của lưới điện, mà con có thể hoạt động như nguồn điện phân phối khi lưới điện không thể sử dụng. Chẳng hạn, trong thời gian cao điểm, nhu cầu điện thay đổi đáng kể, công nghệ pin nhiên liệu hydro có phản ứng kịp thời và điều chỉnh công xuất đầu ra tốt.
Ngoài ra, việc xây dựng lưới điện tại các khu vực rộng lớn, dân cư thưa thớt rất tốn kém, khi đó việc sử dụng công nghệ pin nhiên liệu hydro được coi là một giải pháp hữu hiệu.
Hơn nữa, các nhà máy điện pin nhiên liệu hydro được đặt cạnh các nhà máy điện thủy phân để tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên tái tạo bị dư thừa (năng lượng mặt trời, năng lượng gió) để dự trữ hoặc cung cấp điện.
Đọc thêm: Tiềm Năng & Giải Pháp Phát Triển Năng Lượng Thủy Triều
Tạm kết
Trên đây là một vài chia sẻ về “Nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro” mà Oreka muốn gửi đến bạn. Hy vọng rằng, bài viết đã cung cấp đến bạn nhiều thông tin và góc nhìn thú vị về các nguồn năng lượng sạch tiềm năng này.
Nếu bạn có thêm bất kỳ chia sẻ hay câu hỏi nào về chủ đề này, đừng ngần ngại để lại bình luận để Oreka và mọi người cùng biết nhé.
