Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Sản xuất nhiên liệu hydro từ nước biển (04/04/2019)

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Stanford đã tạo ra nhiên liệu hydro bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời, điện cực và nước biển lấy ở vịnh San Francisco. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia, đề cập đến phương pháp mới để tách khí hydro và oxy khỏi nước biển bằng điện. Các phương pháp tách nước hiện có phụ thuộc vào nguồn nước có độ tinh khiết cao, là nguồn tài nguyên quý giá với chi phí sản xuất tốn kém.

Một thiết bị nguyên mẫu sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra nhiên liệu hydro từ nước biển. Ảnh: H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney

Hongjie Dai, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: hydro là lựa chọn hấp dẫn cho nhiên liệu vì không thải CO2. Đốt cháy hydro chỉ sản sinh nước và làm giảm bớt các vấn đề biến đổi khí hậu. 

Xử lý ăn mòn

Về khái niệm, quy trình tách nước thành hydro và oxy bằng điện được gọi là điện phân, là một ý tưởng cũ và đơn giản: một nguồn điện kết nối với hai điện cực đặt trong nước. Khi bật nguồn, các bọt khí hydro thoát ra khỏi đầu cực âm và oxy thải ra ở đầu cực dương.

Nhưng clorua tích điện âm trong muối của nước biển có thể ăn mòn phần đầu dương, làm hạn chế tuổi thọ của hệ thống. Do đó, nhóm nghiên cứu đã tìm cách ngăn chặn các thành phần trong nước biển không phá hủy cực dương ngập nước. 

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng khi phủ lên cực dương các lớp giàu điện tích âm, các lớp này đẩy lùi clorua và làm chậm sự phân rã của kim loại bên dưới. Các nhà khoa học đã xếp lớp hydroxit niken-sắt lên trên niken sunfua để bao phủ lõi bọt niken. Bọt niken hoạt động như dây dẫn - vận chuyển điện từ nguồn điện - và hydroxit sắt-niken kích hoạt điện phân, tách nước thành oxy và hydro. Trong quá trình điện phân, niken sunfua phát triển thành một lớp tích điện âm bảo vệ cực dương. Giống như hai đầu âm của hai nam châm đẩy nhau, lớp tích điện âm sẽ đẩy clorua và ngăn không để nó chạm vào kim loại lõi.

Theo Michael Kenney, đồng tác giả nghiên cứu, không có lớp phủ tích điện âm, cực dương chỉ hoạt động khoảng 12 giờ trong nước biển. Toàn bộ điện cực vỡ vụn ra. Nhưng nhờ có lớp này, điện cực có thể tồn tại hơn 1.000 giờ.

Các nghiên cứu trước đây tách nước biển để thu nhiên liệu hydro đã sử dụng dòng điện công suất thấp do hiện tượng ăn mòn xuất hiện trong điều kiện dòng điện công suất cao. Nhưng các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Standford đã dẫn dòng điện mạnh gấp 10 lần thông qua thiết bị đa lớp của họ, giúp sản xuất nhiên liệu hydro từ nước biển với tốc độ nhanh hơn. 

Các thành viên trong nhóm đã tiến hành hầu hết các thử nghiệm của họ trong điều kiện phòng thí nghiệm có kiểm soát, nơi họ có thể điều chỉnh dòng điện đi vào hệ thống. Nhưng các nhà khoa học cũng đã thiết kế một máy trình diễn chạy bằng năng lượng mặt trời để sản xuất khí hydro và oxy từ nước biển ở vịnh San Francisco. Thiết bị phù hợp với các công nghệ sử dụng nước tinh khiết hiện nay mà không có nguy cơ bị muối ăn mòn. 

Trong tương lai, công nghệ có thể được sử dụng cho các mục đích khác ngoài việc sản xuất năng lượng. Vì quy trình này cũng tạo ra oxy có thể dùng hít thở, nên thợ lặn hoặc tàu ngầm có thể mang theo các thiết bị xuống dưới đại dương và tạo ra oxy ở dưới biển mà không cần nổi lên mặt nước để lấy không khí.

Nhóm nghiên cứu sẽ bàn giao cho các nhà sản xuất mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt thiết kế. 

Nguồn: N.T.T (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 18/3/2019