Sản xuất hydro sạch từ năng lượng mặt trời

Cho dù nước được tách ra bằng điện hay hydro được thải ra từ nhiên liệu hóa thạch hoặc các nguồn hydrocacbon khác, mỗi bước tiến trong quá trình tạo ra hydro đều đi kèm với ít nhất hai bước lùi về lượng phát thải CO2 liên quan. Trong một số quá trình, mỗi kg hydro đi kèm với gần 30kg CO2 tạo ra.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu quốc tế do Đại học Kyoto đứng đầu đã phát triển một nhà máy hydro mới dựa trên các nguồn tài nguyên hoàn toàn có thể tái tạo để tạo ra lượng CO₂ liên quan thấp nhất. 

Tác giả Shutaro Takeda cho biết: “Năng lượng mặt trời là ứng cử viên để thúc đẩy bất kỳ sản xuất hydro nào, nhưng vấn đề thường là ánh sáng mặt trời quá gián đoạn.”

Cách tiếp cận mới của nhóm nghiên cứu là sử dụng hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời – đây được xem là cách hiệu quả và thiết thực nhất để tạo ra hydro với lượng khí thải carbon thấp. Nhóm nghiên cứu đang kết hợp hai hệ thống khác nhau để tạo ra một cơ sở hydro mới được gọi là nhà máy sản xuất hydro khí hóa gián tiếp sinh khối tiên tiến sử dụng năng lượng mặt trời, hay nhà máy SABI-Hydro.

Đầu tiên, để thu ánh sáng mặt trời một cách hiệu quả, họ đã chọn cách sắp xếp các gương đặc biệt, được gọi là heliostats, tập trung ánh sáng vào một bộ thu ở đỉnh của một cấu trúc tháp. Trong điều kiện này, vật liệu truyền nhiệt trong máy thu có thể đạt nhiệt độ lên đến 1.000^oC.

Tiếp theo, nhiệt này được truyền từ bộ thu đến bộ phận khí hóa của hệ thống, nơi một bình chứa dăm gỗ dưới dạng sinh khối được làm nóng mạnh trong điều kiện không có oxy. Thay vì đốt bằng cách đốt cháy, các mảnh gỗ được chuyển đổi thành một hỗn hợp khí có chứa một tỷ lệ lớn hydro.

Ngoài ra, trong trường hợp không có hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời, bộ khí hóa này cũng có thể được làm nóng thông thường bằng cách đốt cháy nhiên liệu để cung cấp nhiệt cho hệ thống.

Cuối cùng, nhóm đã đánh giá tác động môi trường tổng thể của thiết kế, dựa trên phương pháp đánh giá tác động tiêu chuẩn quốc tế, ReCiPe2016. Kết quả cho thấy hệ thống SABI-Hydro sẽ chỉ thải ra 1,04 kg CO₂ trên mỗi kg hydro được tạo ra: giá trị nhỏ nhất trong số tất cả các phương pháp sản xuất hydro hiện có.

Thiên nhiên là nguồn tài nguyên lớn nhất và cung cấp mọi thứ chúng ta cần để chống lại là sự nóng lên toàn cầu. “Mô hình của chúng tôi cho thấy việc sử dụng năng lượng mặt trời và tài nguyên sinh khối từ các khu rừng được quản lý có thể cho phép chúng tôi sản xuất hydro một cách bền vững và ít tác động đến môi trường”, ông Takeda nhấn mạnh.