[Xu hướng] Pin nhiên liệu xanh thân thiện với môi trường

Hướng nghiên cứu này sẽ mang đến lợi ích thiết thực trong việc sử dụng rộng rãi pin nhiên liệu, để thay thế các loại nhiên liệu hóa thạch và giảm sự nóng lên toàn cầu do khí thải CO2.

Việt Nam - bước tiến trong nghiên cứu pin nhiên liệu tái tạo

Với nghiên cứu này, bà đã được Hội đồng khoa học của giải thưởng L’Oreal - UNESCO vì sự phát triển phụ nữ trong khoa học bình chọn nữ khoa học xuất sắc. PGS.TS Hồ Thị Thanh Vân còn được Tạp chí Khoa học Singapore xếp hạng thứ 23/100 Nhà khoa học tiêu biểu châu Á, bao gồm cả nam giới, đồng thời trở thành nhân vật truyền cảm hứng của Chương trình Vũ khúc ánh sáng - Countdown 2021 của Đài Truyền hình Việt Nam.

Bà và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu tổng hợp xúc tác nano hợp kim Pt-Mo trên vật liệu nano để nâng cao khả năng chịu đầu độc CO và giảm giá thành cho loại pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp methanol, một dạng năng lượng tái tạo. Pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC) là một trong những thiết bị chuyển đổi năng lượng điện hóa tiềm năng nhất do mật độ năng lượng cao, dễ sử dụng, thân thiện môi trường và nhiệt độ hoạt động thấp. Tuy nhiên, việc thương mại hóa loại pin nhiên liệu này bị cản trở bởi nhiều yếu tố như chi phí cao, trữ lượng thấp, tính không ổn định của chất xúc tác Platinum (Pt), khả năng dễ bị đầu độc bởi các chất trung gian như CO hoặc CHO.

Đề tài nghiên cứu này sẽ giúp giải quyết việc giảm sử dụng kim loại quý Pt đồng thời cải thiện hiệu suất của hợp kim so với Pt nguyên chất, nhờ đó nâng cao hoạt tính và thời gian hoạt động của xúc tác điện hóa Pt, mang đến hiệu quả về chi phí, hoạt động và độ bền cao để có thể thương mại hóa được loại pin nhiên liệu thân thiện với môi trường này trong thời gian không xa.

Vũ khí chống lại ô nhiễm

không khí

Trên toàn thế giới, khí hậu đang thay đổi chủ yếu do quá nhiều CO2 thải vào khí quyển. Đồng thời, 91% dân số thế giới sống ở những nơi ô nhiễm không khí vượt quá giới hạn hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), dẫn đến khoảng 4,2 triệu ca tử vong sớm mỗi năm. Sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã gây ra nhiều vấn đề tiêu cực liên quan đến môi trường. Đó là lý do tại sao chúng ta cần tìm ra các giải pháp mới, thay thế hiệu quả và đảm bảo không phát thải độc hại, nhất là trong lĩnh vực giao thông vận tải. Vì lĩnh vực này gây ra một tỷ lệ lớn ô nhiễm không khí, đặc biệt là ở các khu vực đông dân cư với giao thông đông đúc. Một trong số đó là pin nhiên liệu.

Mặc dù người ta đặt nhiều hy vọng vào pin nhiên liệu hydro, nhưng thực tế là việc vận chuyển, lưu trữ và sử dụng hydro tinh khiết đi kèm với chi phí gia tăng rất lớn, khiến quá trình này trở nên thách thức với công nghệ hiện tại. Ngược lại, methanol (CH3O3), một loại cồn không cần bảo quản lạnh, có mật độ năng lượng cao hơn, vận chuyển dễ dàng và an toàn hơn. Do đó, việc chuyển đổi sang nền kinh tế của pin nhiên liệu dựa trên methanol là một mục tiêu thực tế hơn. Việc sản xuất điện từ methanol ở nhiệt độ phòng cần có pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC).

Theo GS. Oh Joong Kwon từ Đại học Quốc gia Incheon, Hàn Quốc, DMFC có mật độ năng lượng cao hơn so với pin lithium-ion và do đó có thể trở thành nguồn năng lượng thay thế cho các thiết bị di động, chẳng hạn như máy tính xách tay và điện thoại thông minh.

Bên cạnh đó, methanol là nguồn nhiên liệu tuyệt vời chứa hydro. Phân tử cồn đơn giản này chứa nhiều hydro và dễ dàng hơn so với hydro hóa lỏng. Người ta có thể cải tạo methanol tại chỗ ở một trạm tiếp nhiên liệu để tạo ra pin nhiên liệu sử dụng hydro như một loại nhiên liệu để sản xuất điện sạch và hiệu quả. Loại pin nhiên liệu sạch này có thể cung cấp năng lượng cho ô tô, xe tải, xe buýt, tàu thủy, tháp điện thoại di động, gia đình và DN. Người ta ước tính hydro tạo ra từ methanol có thể mở rộng phạm vi hoạt động cho ô tô chạy bằng pin nhiên liệu mở từ 200km với hydro đến 800km với methanol.

Pin nhiên liệu công suất trung bình đầu tiên trên thế giới

Vào những tháng cuối năm 2020, Element 1 Corp (Mỹ), nhà phát triển hàng đầu về công nghệ tạo ra hydro, phối hợp với Co-Win Hydrogen Power (Trung Quốc), đã công bố thử nghiệm đường bộ của pin nhiên liệu hạng trung đầu tiên trên thế giới. Co-Win cho biết rằng máy phát hydro M-Series dựa trên methanol độc quyền của E1 đã được tích hợp vào một xe tải chạy pin nhiên liệu hạng trung do một trong những công ty sản xuất xe tải lớn nhất thế giới sản xuất.

Trên toàn cầu, phát thải vật chất dạng hạt từ các động cơ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch gây ra hàng triệu ca tử vong sớm hàng năm. Các loại khí thải nguy hiểm này sẽ không được tạo ra bởi các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu vì khí thải duy nhất là hơi nước. Dòng M-Series không tạo ra hạt vật chất trong quá trình tạo hydro và khi sử dụng methanol được sản xuất từ ​​các dòng khí thải như khí bãi rác hoặc khí sinh học, dung dịch tạo hydro của E1 là carbon trung tính - giảm thiểu lượng khí thải CO2 không thể tránh khỏi trong sinh hoạt thường ngày cũng như trong hoạt động sản xuất, kinh doanh.

Dave Edlund - Giám đốc Điều hành của E1, cho biết: “Công nghệ tạo hydro từ methanol là một yếu tố thay đổi cuộc chơi đối với giao thông sạch.”

Các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu thường yêu cầu loại hydro tinh khiết để tạo ra điện năng cần thiết cho động cơ đẩy. Trước đây, hydro này đã được nén và lưu trữ trên xe, điều này đòi hỏi phải phát triển một mạng lưới các trạm tiếp nhiên liệu hydro tốn kém. Việc cải tiến các loại cung cấp nhiên liệu sạch rất quan trọng đối với các xe tải chạy pin nhiên liệu hạng nặng và hạng trung khi di chuyển các tuyến đường dài mỗi ngày. Ở nhiều khu vực trên thế giới, việc xây dựng cơ sở hạ tầng này đơn giản là không khả thi. Tạo hydro từ methanol lỏng giúp chúng ta tinh giảm nhu cầu về cơ sở hạ tầng cung ứng nhiên liệu hydro.

Bỏ động cơ đốt trong

Khi chuyển đổi điện xanh thành nhiên liệu lỏng, chẳng hạn như methanol, có thể tái sử dụng cơ sở hạ tầng toàn cầu hiện có để lưu trữ và phân phối, đồng thời giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, và do đó, cắt giảm lượng khí thải CO2.

Methanol và các loại nhiên liệu khác có thể được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong và máy phát điện thông thường, làm nhiên liệu độc lập hoặc làm chất phụ gia, hoặc chúng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu. Ngoài ra, pin nhiên liệu cung cấp một hoạt động sạch và thân thiện với môi trường, nơi loại bỏ khí thải của các hạt có hại như NOx và SOx.

Công nghệ pin nhiên liệu methanol có tiềm năng lớn trong một số thị trường như hàng hải, các loại xe hạng nặng và xe chở khách... Là một giải pháp thay thế xanh và sạch cho động cơ đốt trong và máy phát điện diesel, công nghệ pin nhiên liệu mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm chi phí, giảm CO2 - hoặc thậm chí là trung hòa CO2 tùy thuộc vào nguồn gốc của nhiên liệu, góp phần chống lại ô nhiễm không khí nghiêm trọng và biến đổi khí hậu. Do đó, các loại pin nhiên liệu tái tạo là một giải pháp thay thế vững chắc cho nhiên liệu hóa thạch và có thể góp phần vào quá trình chuyển đổi xanh trong nhiều ngành công nghiệp trên khắp thế giới. Trước sự tối ưu và phát triển của công nghệ động cơ đốt trong nhiều thập kỷ qua, nhiều công ty trên thế giới đang hướng tới mục tiêu loại bỏ động cơ đốt trong, thương mại hóa công nghệ pin nhiên liệu bằng cách tiếp tục giảm thời gian và chi phí sản xuất cũng như tăng hiệu suất điện của các loại pin nhiên liệu để có thể cạnh tranh với động cơ đốt trong.