Hydro: nguồn năng lượng mới thay thế dầu - khí trong tương lai

Không phải vô cớ mà Thủ tướng Úc John Howard của nước chủ nhà hội nghị thượng đỉnh APEC năm nay đã nêu vấn đề thay đổi khí hậu (từ khí thải) làm chủ đề chính. Cũng không phải để trình diễn mà từ năm 2003, Tổng thống Hoa Kỳ George W. Bush đã quyết định đầu tư cho một nguồn năng lượng mới là hydro, và các hãng xe hơi hàng đầu thế giới đã lao vào lĩnh vực này. Một tầm nhìn mới không chỉ trong lĩnh vực năng lượng...

Một nguồn năng lượng mới, đó là hydro (hydrogen, H2). Hydro là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Đặc điểm quan trọng của hydro là trong phân tử không chứa bất cứ nguyên tố hóa học nào khác, như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng.

Hydro - nguồn năng lượng vô tận và thân thiện với môi trường

Hydro là nguồn nhiên liệu an toàn, không thể gây bất cứ sự cố môi trường nào cho con người, không như nguồn năng lượng hạt nhân từng gây nhiều vụ rò rỉ phóng xạ như đã xảy ra trong nhiều năm gần đây.

Xe Honda FCX (2006) dùng pin nhiên liệu hydro. (Ảnh: Automobilemag)

Như vụ rò rỉ phóng xạ ngày 28-3-1979 ở Nhà máy The Three-Mile Island (bang Pennsylvania, Mỹ); vụ tai nạn nổ lò phản ứng hạt nhân ngày 26-4-1976 ở Nhà máy Chernobyl (Ukraine, Liên Xô trước đây); sự cố ngày 30-9-1999 làm 119 người bị nhiễm phóng xạ tại Nhà máy tái chế nhiên liệu phóng xạ Tokaimura (tỉnh Ibakari, Nhật); vụ vỡ đường ống nước và hơi nóng ngày 9-8-2004 tại Nhà máy điện hạt nhân Mihama (tỉnh Fukui, Nhật) làm năm công nhân thiệt mạng.

Cũng tại nhà máy này năm 2006 lại xảy ra một vụ cháy nữa. Gần đây nhất, sau trận động đất Chuetsu 6,8 độ Richter ngày 16-7-2007, một vụ rò rỉ được đánh giá là rất nghiêm trọng đã xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân lớn nhất thế giới Kashiwazaki Kariwa (tỉnh Niigata, Nhật).

Khoảng 400 thùng chất thải hạt nhân bị đổ vỡ, một số lượng chất lỏng chứa phóng xạ chảy ra biển, buộc nhà máy phải đóng cửa ngưng hoạt động ít nhất một năm để Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) kiểm tra. Ngoài ra, nhiều vấn đề nghiêm trọng khác về chất thải hạt nhân, vấn đề thất thoát nguyên liệu hạt nhân vào tay các phần tử khủng bố, vấn đề mâu thuẫn giữa độc quyền công nghệ hạt nhân trong tay một số nước và chủ trương phá vỡ thế độc quyền đó.

Hydro - nguồn năng lượng vô tận

Hydro được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời, vì vậy hydro thu được còn gọi hydro nhờ năng lượng mặt trời (solar hydrogen). Nước và ánh nắng mặt trời có vô tận và khắp nơi trên hành tinh. Năng lượng mặt trời được thiên nhiên ban cho hào phóng và vĩnh hằng, khoảng 3x1024 J/ngày, tức khoảng 104 lần năng lượng toàn thế giới tiêu thụ hằng năm. Vì vậy, hydro nhờ năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu vô tận, sử dụng từ thế kỷ này qua thế kỷ khác bảo đảm an toàn năng lượng cho loài người mà không sợ cạn kiệt, không thể có khủng hoảng năng lượng và bảo đảm độc lập về năng lượng cho mỗi quốc gia, không một quốc gia nào độc quyền sở hữu hoặc tranh giành nguồn năng lượng hydro như từng xảy ra với năng lượng hóa thạch.

Để thu được hydro nhờ năng lượng mặt trời có hai phương pháp sản xuất sau đây: phương pháp điện phân nước (water electrolysis) nhờ năng lượng điện mặt trời thông qua các pin mặt trời (solar cell) và phương pháp quang điện hóa phân rã nước (photoelectrochemical water splitting) nhờ năng lượng bức xạ của ánh nắng mặt trời với sự có mặt chất xúc tác quang. Cả hai phương pháp, phản ứng đều xảy ra như sau: H2O -> H2 + 1/2O2

Từ năm 1960, Công ty General Electric đã sản xuất hệ thống cung cấp điện bằng pin nhiên liệu hydro cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng cho tàu Apollo-Soyuz, Skylab và các tàu con thoi (Space Shuttle). Ngày nay, điện năng trong các tàu con thoi và trạm nghiên cứu không gian của NASA đều được các pin nhiên liệu cung cấp, vì trên tàu không gian, hydro và oxy được mang theo sẵn. Song điều lý thú là bản thân pin nhiên liệu không chỉ cung cấp điện mà còn cung cấp nước uống siêu sạch cho các phi hành gia, vì nước là chất thải của pin nhiên liệu hydro.

Hydro thay xăng dầu cho các phương tiện giao thông, vận tải

Hiện đã có nhiều mẫu xe chạy bằng hydro (hydrogen car) và xe kết hợp giữa động cơ đốt trong bằng hydro và động cơ điện có tên gọi xe ghép lai (hybrid car) được gọi chung là dòng xe hoàn toàn không có khói xả (Zero Emission Vehicle - ZEV) của các hãng ôtô nổi tiếng như Honda, Ford, Mercedes Benz... trưng bày giới thiệu trong các cuộc triển lãm quốc tế về ôtô.

Nhật tuyên bố ngay trong năm 2008 các thế hệ xe không có khói xả ZEV sẽ ra đời với tên Toyota Prius, Toyota Camry Hybrid, Ford Escape Hybrid, Honda Insigh. Cho đến tháng 4-2007, ở Mỹ đã có 200 chiếc ôtô và xe buýt chạy bằng hydro hoạt động. Gần đây, một cuộc hành trình thử nghiệm xuyên châu Úc trong một ngày đường khoảng 4.000km bằng ôtô dùng nhiên liệu hydro cho thấy ôtô có thể chạy an toàn đến mọi nơi mà không cần xăng và hoàn toàn không xả khí độc hại gây ô nhiễm môi trường.

Hydro thay xăng dầu sản xuất điện năng