Khi giá năng lượng tái tạo giảm và công nghệ lưu trữ trưởng thành, nhiên liệu hydro đang thu hút sự chú ý mới.

Jorgo Chatzimarkakis đang tiếp nhiên liệu cho chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro của mình tại một trong những Các trạm tiếp nhiên liệu 50-plus Rải rác khắp nước Đức khi một tài xế Tesla, người đang sạc điện cho chiếc xe của mình, tiến đến.

Người đàn ông rất phấn khích khi thấy một chiếc xe chạy bằng hydro đang hoạt động, và tràn ngập những câu hỏi. Chatzimarkakis, tổng thư ký của Hydrogen châu Âu, rất vui được trả lời họ, và hai người nói chuyện trong vài phút.

Nhưng sau đó, chiếc xe hydro đã được tiếp nhiên liệu đầy đủ, trong khi người lái xe Tesla vẫn phải chờ đợi rất lâu trong khi pin của anh được sạc lại.

Đây là thực tế, nói rằng Chatzimarkakis. Ngày nay, các trạm tiếp nhiên liệu đã sẵn sàng, xe đã sẵn sàng, tôi có thể lên kế hoạch cho chuyến đi từ Thụy Sĩ đến Đan Mạch và đến Na Uy mà không gặp vấn đề gì.

Tầm nhìn về một thế giới sử dụng nhiên liệu hydro đã có nhiều lần bỏ lỡ hơn Wile E. Coyote. Trong 1923, nhà di truyền học người Anh JBS Haldane đã tưởng tượng ra một mạng lưới các cối xay gió tạo ra hydro cung cấp năng lượng cho nước Anh, nhưng không có gì đến từ nó. Trong 1970, nhà điện hóa sinh ra ở Nam Phi John Bockris lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ nền kinh tế hydro hydro trong một bài phát biểu, và sau đó được xuất bản một cuốn sách mô tả một thế giới chạy bằng năng lượng mặt trời hydro có thể trông như thế nào. Nhưng một lần nữa, không có gì thay đổi. Trong 2002, nhà lý luận kinh tế và xã hội người Mỹ Jeremy Rifkin đã lập luận rằng hydro có thể chiếm lấy từ dầu mỏ và rằng tương lai của năng lượng nằm trong các pin nhiên liệu chạy bằng hydro.

Nhưng ngành công nghiệp chưa sẵn sàng, Chatzimarkakis nói. Những gì Jeremy thực sự rất hợp lệ, những gì Jeremy Rifkin nói, nhưng các chính trị gia và nhà báo, họ luôn muốn xem bằng chứng, ông nói. Vào thời điểm đó, nó thực sự còn lâu mới được hiện thực hóa vì nghiên cứu chưa đủ tiến bộ.

Thời đại hydro

Có lẽ, cuối cùng, khoảnh khắc của hydro đã đến.

Nhật Bản đang có kế hoạch sử dụng Thế vận hội Olympic 2020 Tokyo để giới thiệu tầm nhìn cho một xã hội hydro và đã đầu tư hàng triệu đô la Mỹ để thiết lập các trạm tiếp nhiên liệu hydro và cơ sở hạ tầng khác. Đức đã ra mắt thế giới đầu tiên tàu chạy bằng hydro để bổ sung cho một số lượng ngày càng tăng trạm tiếp nhiên liệu hydro trên toàn quốc. Thụy Sĩ là mua xe tải chạy bằng khí hydro, Na Uy đã có trạm tiếp nhiên liệu hydro kể từ 2006 và Hàn Quốc là đầu tư hàng tỷ đô la Mỹ trong vòng 5 năm tới để tạo ra các trạm tiếp nhiên liệu hydro, nhà máy xe chạy bằng pin nhiên liệu, xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu và hệ thống lưu trữ hydro. Và Úc đã thấy cả hai cơ quan khoa học quốc gia CSIRO và nhà khoa học trưởng Alan Finkel báo cáo riêng tầm nhìn của họ cho một quốc gia chạy bằng hydro và công nghiệp xuất khẩu.

Coradia iLint bắt đầu cung cấp vận chuyển khối lượng lớn bằng nhiên liệu hydro ở Đức tại 2018. Hình ảnh lịch sự của Alstom | R Frampe

Trọng tâm của nền kinh tế hydro là việc sử dụng điện từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện để tách nước thành oxy và hydro - một quá trình được gọi là điện phân. Sau đó, hydro hydro màu xanh lá cây có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu để tạo ra điện và pin nhiên liệu có thể được sử dụng riêng lẻ để điều khiển phương tiện hoặc trong các ngăn xếp để hỗ trợ hoặc thậm chí cung cấp năng lượng cho lưới điện. Trên hết, khí thải do pin nhiên liệu hydro tạo ra là nước, một ngày nào đó có thể được thu hồi và tái chế để điện phân trở lại.

Kinh tế và khí hậu

Vì vậy, những gì đã thay đổi để cuối cùng đưa hydro lên hàng đầu trong các kế hoạch năng lượng toàn cầu? Jenny Hayward, nhà khoa học nghiên cứu cao cấp tại CSIRO và là đồng tác giả của nó Lộ trình hydro quốc gia 2018, cho biết kinh tế thuận lợi hơn đã đóng một phần quan trọng.

Bạn đã có sản xuất giảm chi phí, nhưng bạn cũng có thể sử dụng giảm chi phí, Hay Hayward nói. Không chỉ có giá điện từ quang điện mặt trời và gió giảm đáng kể, mà các công nghệ điện phân cũng trở nên rẻ hơn nhiều, quy mô lớn hơn và hiệu quả hơn. Đồng thời, pin nhiên liệu hydro cũng đang cải thiện cả về hiệu quả và chi phí, cô nói.

Nhấn vào đây để xem một Infographic của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ về nhiên liệu hydro.

Một động lực chính khác là sự cấp bách ngày càng tăng đối với việc giảm phát thải khí nhà kính đáng kể, John Andrew, một chuyên gia năng lượng bền vững và giáo sư tại Đại học RMIT ở Melbourne, Australia cho biết.

Đây là một điều rất quan trọng để giữ cho phần giới thiệu của nó gắn liền với việc trở thành một phần của giải pháp khắc phục biến đổi khí hậu. Đây không chỉ là câu hỏi về việc lấy nhiên liệu thay thế; đó là một câu hỏi về việc có được một hệ thống năng lượng và nhiên liệu không khí thải.

Thúc đẩy sự thích ứng của hydro làm nhiên liệu không phải là dễ dàng. Bất chấp nhiệm vụ thế kỷ cho một nền kinh tế hydro, đã có một số thách thức công nghệ quan trọng phải vượt qua để đi đến điểm này - và đó vẫn là những ngày đầu.

Giải quyết vấn đề lưu trữ

Một vấn đề quan trọng trong việc sử dụng hydro cho giao thông vận tải đã được là gắn. Gần đây, chỉ có thể nén hydro vào một thùng chứa đủ nhỏ và đủ nhẹ để lắp vào phía sau xe khách, trong khi vẫn chứa đủ năng lượng để cung cấp cho chiếc xe đó ít nhất là 300.

Một người luôn nghĩ rằng sẽ rất khó để có được một kho chứa hydro có thể đánh bại các mục tiêu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để sử dụng cho các xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro. Sau đó là sự phát triển của một bể hydro cao áp được làm bằng vật liệu tổng hợp tiên tiến, có thể đáp ứng và thậm chí vượt quá yêu cầu.

Lưu trữ nhiên liệu là một thách thức lớn đối với vận chuyển nhiên liệu hydro. cải tiến gần đây đã mở rộng phạm vi các loại xe chở khách đến hơn 300 dặm một điền. Ảnh © iStockphoto.com/Tramino

Tôi nghĩ rằng điều đó đã khiến mọi người ngồi dậy và nói có, có thể có một hình thức lưu trữ có thể được sử dụng để mang hydro trên xe và đưa ra một phạm vi tương đương với những chiếc xe thông thường và có thời gian nạp lại - đây là một điều rất quan trọng lợi thế của hydro - chỉ trong vài phút, anh nói.

Xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro hiện nay phù hợp hoặc thậm chí vượt quá phạm vi của xe chạy bằng xăng hoặc diesel thông thường; Toyota tuyên bố Mirai của nó được xung quanh 312 dặm từ một bình hydro. Điều này làm cho chúng trở thành một triển vọng hấp dẫn hơn nhiều cho việc di chuyển đường dài hơn so với một chiếc xe chạy bằng pin điện.

Nó cũng làm cho chúng trở thành một lựa chọn khả thi cho các phương tiện làm việc chăm chỉ hơn, Lisa Ruf, điều phối viên của Vận động hydro và cố vấn chính tại Element Energy ở Anh.

Trong các hoạt động cho xe tải, taxi, cho các dịch vụ ứng phó khẩn cấp, bạn phải có phạm vi và thời gian tiếp nhiên liệu tương tự như các phương tiện thông thường, cô nói, trích dẫn trường hợp của Cảnh sát Thủ đô London, mà năm nay mua lại xe ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydro. 

Cho ăn lưới

Hydrogen cũng đang được khám phá như một cách giúp duy trì sự ổn định của lưới năng lượng được tái tạo, theo Morry Markowitz, chủ tịch của Hiệp hội năng lượng tế bào và hydro tại Hoa Kỳ

Vì mặt trời không tỏa sáng mọi lúc và gió không thổi, năng lượng tái tạo có vấn đề không liên tục, vì vậy bạn cần tìm cách lưu trữ hiệu quả các electron được tạo ra, ông nói. Điện dư có thể được sử dụng để cấp điện cho điện phân và tạo ra hydro có thể được sử dụng trong các phương tiện pin nhiên liệu hoặc pin nhiên liệu cố định, hoặc được lưu trữ để vận chuyển.

Kịch bản này đặc biệt hấp dẫn đối với các khu vực xa xôi, chẳng hạn như các thị trấn hẻo lánh ở Úc mà phụ thuộc vào máy phát điện chạy bằng diesel. Hayward cung cấp năng lượng cho các thị trấn sử dụng kết hợp năng lượng tái tạo và lưu trữ hydro có thể sớm trở nên hiệu quả về mặt chi phí, đặc biệt là khi giá dầu diesel tăng, Hayward nói.

Các công ty gas cũng đang chú ý đến hydro như một sự thay thế tiềm năng cho khí đốt tự nhiên, có thể sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có. sau đó họ không phụ thuộc vào xe tải đi vào bằng động cơ diesel, họ chỉ cần năng lượng tái tạo của họ, cô nói. Họ có thể có một hệ thống trong đó họ có một pin nhiên liệu và họ thu hồi nước, vì vậy đó là một hệ thống khép kín.

Các công ty khí đốt cũng đang chú ý đến hydro như một sự thay thế tiềm năng cho khí đốt tự nhiên, có thể sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có.

Đặc biệt, nếu chúng ta sẽ đi đến các mục tiêu giảm phát thải cao, họ sẽ có tất cả các cơ sở hạ tầng khí đốt này không được sử dụng, Hay Hayward nói. Điều thú vị là trong các mạng phân phối khí, nếu chúng được làm từ ống nhựa PVC, bạn có thể có tỷ lệ phần trăm hydro, mặc dù các thiết bị và đồng hồ đo sẽ phải thay đổi.

Hiệu ứng Hindenburg

Không thể nói về hydro mà không giải quyết được vấn đề ảm đạm trong phòng, điều mà Markowitz gọi là hiệu ứng của Hind Hindenburg. Tính dễ cháy và an toàn của hydro chắc chắn được nêu ra trong các cuộc thảo luận về nền kinh tế hydro.

Nhưng Markowitz nói rằng công nghệ hydro ngày nay đã vượt xa công nghệ hydro của thời đại đó.

Các vật liệu tiên tiến như bể chứa bằng sợi carbon, cảm biến, máy tính và những thứ khác đã được cải thiện đáng kể vì sự an toàn của hydro đối với hydro thậm chí không phải là một vấn đề, theo ông. Trong lĩnh vực giao thông vận tải và các khu vực khác, các phương tiện hydro đáp ứng hoặc vượt quá mọi thứ trên đường hiện nay.

Cũng có những lo ngại rằng sự hấp thu hydro tăng lên có thể ảnh hưởng đến tầng ozone. Một 2003 nghiên cứu đề nghị rằng nếu tất cả việc tạo ra năng lượng nhiên liệu hóa thạch được thay thế bằng hydro, sự rò rỉ khí vào khí quyển có thể phản ứng với oxy tạo thành hơi nước có thể phá vỡ tầng ozone một lượng đáng kể.

Một chỉ trích khác thường được làm từ hydro là một lượng đáng kể vẫn còn được sản xuất bằng nhiên liệu hóa thạch. Ở Hoa Kỳ, hầu hết hydro được sản xuất thông qua một quá trình gọi là cải cách khí đốt tự nhiên, trong đó khí tự nhiên được phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao để tạo ra hydro, carbon monoxide và một lượng nhỏ carbon dioxide. Nó cũng có thể được thực hiện bởi than hóa nâu, cũng dẫn đến CO₂ sản lượng.

Andrew Nếu bạn đi theo một trong hai tuyến đường đó để lấy hydro, có một số lượng khí thải carbon đến từ các tuyến đường đó, vì vậy cách duy nhất bạn có thể tạo ra lượng khí thải bằng không đó là kết hợp với việc thu và lưu trữ carbon, theo ông Andrew. Và đó vẫn là một câu hỏi lớn về việc liệu điều đó có khả thi hay không, liệu nó có an toàn không và chúng ta có thể giữ lượng carbon dioxide đó trong hàng ngàn năm dưới mặt đất và liệu nó có thể trở thành kinh tế hay không.

Phương pháp đo

Có một cảm giác cấp bách đối với các cuộc thảo luận về hydro, phản ánh sự thừa nhận rộng rãi rằng cần phải khử cacbon vận chuyển, Ruf nói. Cô lập luận rằng trong khi có một loạt các giải pháp trên bàn, hydro có thể giải quyết các vấn đề mà các công nghệ khác không thể thực hiện khá dễ dàng hoặc hiệu quả về chi phí.

Nhưng trong khi có nhiều hứng thú về tiềm năng của hydro, Ruf cũng đưa ra lời khuyên cho cách tiếp cận đo lường.

Vấn đề mà chúng tôi đoán là một lĩnh vực hỗ trợ công nghệ pin nhiên liệu hydro là chúng ta phải cảnh giác với sự cường điệu và chúng ta phải có khả năng quản lý những kỳ vọng, cô nói. Đây là một cái gì đó cần có thời gian và đầu tư. Nó sẽ không xảy ra trong một đêm, nhưng về lâu dài nó là một giải pháp rất tốt.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Ensia

Giới thiệu về Tác giả

Bianca Nogrady là một nhà báo khoa học tự do, người chưa gặp được một nghiên cứu nào mà cô không thấy hấp dẫn. Cô viết cho một loạt các cửa hàng, bao gồm Thiên nhiên, Người bảo vệ, Địa lý Úc, BBC Tương lai và Tập đoàn Phát thanh Úc.  twitter.com/BiancaN giác biancan giácy.com

Lưu ý của biên tập viên: Tác giả đã từng viết hợp đồng cho CSIRO trong quá khứ, mặc dù không liên quan đến nhiên liệu hydro.

Sách của tác giả này

at Thị trường InnerSelf và Amazon