Nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng tái tạo

Một phương pháp mới kết hợp khí sinh khối và năng lượng mặt trời có thể giúp tăng cường hiệu quả chuyển đổi quang năng thành điện năng và lưu trữ năng lượng để sử dụng trong tương lai.

Việc lưu trữ năng lượng mặt trời cần đến khí hydro và cho đến nay, phương pháp tốt nhất để thực hiện điều đó là tách nước thành hydro và oxy bằng cách sử dụng pin quang điện hóa. Thông thường, một tấm pin quang điện hoá có một ca-tốt tạo ra khí hydro và một a-nốt tạo ra khí oxy. Quá trình này thường diễn ra chậm và không hiệu quả, hơn nữa nhà sản xuất cũng phải tiêu tốn khá nhiều điện năng (được tạo ra từ các chế phẩm từ dầu mỏ) để thực hiện.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin-Madison, Mỹ đã quyết định thay đổi những gì đang xảy ra ở cực dương của pin điện quang hoá, từ đó giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và thúc đẩy quá trình trên diễn ra nhanh hơn. Bằng cách sử dụng khí sinh khối tại a-nốt. 

Sử dụng chuyển đổi sinh khối tại anode, họ chuyển đổi 5-hydroxymethylfurfural (HMF), một loại xen-lu-lô có nguồn gốc từ thực vật, thành axit furandicarboxylic (FDCA), một phân tử được sử dụng trong sản xuất polyme.

Quá trình oxy hóa HMF ở nhiệt độ phòng sử dụng nước với tư cách là nguồn gốc của khí oxy. Họ đã lợi dụng phản ứng này ở a-nốt của pin quang điện hoá để tạo ra khí hydro ở ca-tốt. "Vì pin điện quang hoá được sử dụng để sản xuất hydro và quá trình oxy hoá HMF chỉ đơn giảm là thay thế việc sản xuất oxy ở a-nốt nên chúng ta không cần phải sử dụng nguyên liệu nào khác để oxy hoá HMF," Shin Kyoung-Choi, Giáo sư hoá học tại Đại học Wincosin-Madison cho biết.

Về cơ bản, họ đã kết hợp giữa khí sinh khối và năng lượng mặt trời để tạo ra khí hydro hiệu quả hơn nhằm mục đích lưu trữ nguồn năng lượng nói trên một cách dễ dàng. Điều quan trọng nhất ở đây là, quá trình này không đòi hỏi phải sử dụng bất kỳ  sản phẩm từ dầu mỏ nào, từ đó tiết kiệm đến 100% năng lượng so với trước đây, đồng thời cắt giảm nhiều chi phí liên quan khác.

Ngoài ra, quá trình này còn đem lại một lợi ích khác đối với các nhà sản xuất: FDCA là một sản phẩm phụ rất có giá trị trong sản xuất polyme. Điều này góp phần tăng cường khả năng tối thiểu hoá chi phí sản xuất tổng thể khí hydro phục vụ lưu trữ năng lượng mặt trời.

"Khi chúng tôi bắt đầu nghiên cứu này, chúng tôi không chắc liệu phương pháp của chúng tôi có thực sự khả thi hay không", Shin Kyoung-Choi bày tỏ. "Tuy nhiên, chúng tôi biết rất rõ ảnh hưởng to lớn của nghiên cứu này trong trường hợp thành công, vì vậy chúng tôi đã quyết định đầu tư thời gian và nỗ lực vào dự án nghiên cứu mới này trong mối quan hệ giữa việc chuyển đổi sinh khối và việc chuyển đổi năng lượng mặt trời."

Các nhà nghiên cứu đã mất gần 2 năm để tiến hành và hoàn thiện công nghệ nêu trên.

Anh Tuấn (Theo Techtimes)