Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Thiết bị khai thác năng lượng mặt trời và nước thải để sản xuất hydro (22/10/2013)

Một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là PGS hóa học Yat Li thuộc trường Đại học California, Hoa Kỳ đã chế tạo được thiết bị mới chỉ sử dụng năng lượng mặt trời và nước thải để sản xuất khí hydro vừa cung cấp nguồn năng lượng bền vững, đồng thời cải thiện hiệu suất xử lý nước thải.

Thiết bị hydrid này kết hợp pin nhiên liệu vi khuẩn và một loại pin mặt trời gọi là pin quang điện hóa. Trong bộ phận pin nhiên liệu vi khuẩn, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong nước thải, sinh ra điện. Điện được cung cấp cho bộ phận pin quang điện hóa giúp tách nước bằng năng lượng mặt trời (điện phân) để tạo ra hydro và oxy.

Cả pin nhiên liệu vi khuẩn và pin quang điện hóa đều có thể được sử dụng riêng rẽ để sản xuất khí hydro. Tuy nhiên, cả 2 loại pin này đều cần điện áp nhỏ để khắc phục rào cản năng lượng nhiệt động, mới sinh ra khí hydro. Nhu cầu kết hợp thêm yếu tố điện áp làm tăng đáng kể chi phí và độ phức tạp của những loại thiết bị chuyển đổi năng lượng này, nhất là trên qui mô lớn. Trái lại, thiết bị mới tự cung cấp điện và duy trì họat động vì năng lượng kết hợp từ chất hữu cơ (khai thác bằng pin nhiên liệu vi khuẩn) và ánh nắng mặt trời (thu bằng pin quang điện hóa) đủ cho điện phân nước.

Pin nhiên liệu vi khuẩn phụ thuộc vào vi khuẩn đặc biệt có khả năng sinh ra điện. Các thử nghiệm ban đầu với thiết bị mới đã sử dụng một chủng vi khuẩn được nuôi cấy tại phòng thí nghiệm trong môi trường phát triển nhân tạo. Tiếp đến là những thử nghiệm sử dụng nước thải đô thị từ Nhà máy khai thác nước Livermore. Nước thải chứa cả các dưỡng chất hữu cơ lẫn hỗn hợp vi khuẩn tiêu thụ các dưỡng chất này, bao gồm các chủng vi khuẩn sinh ra điện xuất hiện tự nhiên.

Khi cung cấp nước thải và chiếu sáng vào bộ mô phỏng năng lượng mặt trời, thiết bị mới đã sản xuất liên tục khí hydro với tốc độ trung bình 0,05 m³/ngày. Đồng thời, nước thải đen đục trở nên trong hơn. Nhu cầu oxy hóa học hòa tan, thước đo lượng hợp chất hữu cơ trong nước được sử dụng phổ biến để xét nghiệm chất lượng nước, đã giảm 67% trong 48 giờ.

Các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh, sản xuất hydro giảm dần khi vi khuẩn tiêu thụ chất hữu cơ trong nước thải. Nhưng, việc bổ sung nước thải cho mỗi chu trình đã dẫn đến sự khôi phục hoàn toàn khả năng sản sinh dòng điện và sản xuất khí hydro.

Hiện nay, các nhà khoa học đang lập kế hoạch mở rộng qui mô để sản xuất thiết bị dung tích 40 lít xử lý liên tục nước thải đô thị. Nếu các kết quả thu được với mẫu thiết bị này có triển vọng, các nhà nghiên cứu sẽ thử nghiệm thiết bị ngay tại nhà máy xử lý nước thải.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Escience)