Mỏ hydro không ai ngờ tới có thể “mở khóa” nguồn năng lượng xanh vô hạn trong tương lai

Sự trỗi dậy của hydro như một nhiên liệu năng lượng xanh đã được hình thành hơn nửa thiên niên kỷ.

Năm 1520, bác sĩ kiêm nhà giả kim người Thụy Sĩ Philippus Aureolus Paracelsus lần đầu thu được loại khí khi đó còn chưa được biết đến, sau khi hòa tan kim loại bằng axit sulfuric. Đến giữa thế kỷ 19, nhà vật lý người xứ Wales, ông William Grove, đã phát triển pin hydro đầu tiên – hay như cách ông gọi là “pin khí voltaic”.

Trong thời hiện đại, các nhà khoa học đã miệt mài phát triển hydro trở thành một ứng viên năng lượng sạch thực thụ, bổ sung cần thiết cho các công nghệ xanh đang phát triển nhanh như điện gió và điện mặt trời.

Lợi ích của ô tô chạy bằng hydro thì quá rõ ràng (không còn phải chờ sạc), nhưng hydro xanh còn có thể giúp làm sạch những ngành công nghiệp tiêu thụ năng lượng quá lớn để chỉ dựa vào pin – bao gồm tàu chở hàng và vận tải hàng không – nơi mà chính trọng lượng của pin trở thành yếu tố giới hạn.

Thế nhưng, ngay cả với 5 thế kỷ hiểu biết về hydro – nguyên tố đứng đầu bảng tuần hoàn – chúng ta vẫn chưa có cách tạo ra hydro xanh một cách ổn định và với chi phí thấp.

Hydro có nhiều “màu sắc”, và hydro xanh chỉ là một trong số đó. Tất nhiên, bản thân hydro không có màu; “màu sắc” ở đây chỉ mô tả cách hydro được tạo ra. Ví dụ, hydro xám được sản xuất từ methane hoặc than đá, trong khi hydro xanh lam sử dụng khí tự nhiên. Hydro xanh – đúng như tên gọi – được tạo ra từ các nguồn tái tạo, có nghĩa rằng đây là loại thân thiện với môi trường nhất. Tuy nhiên, nó cũng đắt nhất, với chi phí cao gấp khoảng 10 lần hydro xám theo một số ước tính.

Làm sạch quá trình sản xuất hydro chỉ là một nửa chặng đường. Quy trình điện phân để tách nguyên tử và tạo hydro thường đòi hỏi nước tinh khiết cao, nghĩa là ngay cả khi hydro “xanh” thì vẫn tiêu tốn nguồn nước ngọt quý giá. Các nghiên cứu trước đây cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn khi dùng nước biển để điện phân, nhưng một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Đại học Princeton dẫn đầu đã phân tích một nguồn cung chưa từng có cho ngành nhiên liệu hydro – nước thải.

“Cơ sở hạ tầng hydro thường cạnh tranh trực tiếp với việc sử dụng nước ngọt của địa phương”, ông Zhiyong Jason Ren, tác giả cấp cao của nghiên cứu tại Princeton, cho biết trong một thông cáo báo chí. “Nhưng thị trấn nào cũng có nhà máy xử lý nước thải, và đó là nguồn nước phân tán khắp nơi cho nền kinh tế hydro”.

Ý tưởng này thoạt đầu có vẻ không hợp lý. Làm sao nước thải đã qua xử lý có thể thay thế nước tinh khiết cao? Để biến nước thải thành thứ có thể dùng được, Ren và nhóm nghiên cứu dựa vào chính thành phần mà Paracelsus đã dùng để phát hiện ra hydro cách đây 500 năm: axit sulfuric.

Thông thường, khi nước đã xử lý được đưa qua màng trao đổi proton – một lớp màng mỏng chỉ cho phép các ion hydro dương đi qua – canxi và magiê sẽ tích tụ trên màng. Sự tích tụ này tạo thành một lớp tắc nghẽn rắn, nhanh chóng và mạnh mẽ làm giảm hiệu suất. Ren và nhóm của ông phát hiện rằng việc axit hóa nước trước sẽ tạo ra “nguồn proton dồi dào có khả năng cạnh tranh với các ion khác, duy trì độ dẫn ion, giữ ổn định dòng điện và cho phép sản xuất hydro liên tục”, theo thông cáo từ Princeton.

Việc bổ sung đơn giản này vào quy trình điện phân mang lại nhiều lợi ích phụ đầy tích cực. Trước hết, kỹ thuật này đã tăng độ ổn định của máy điện phân từ 8 giờ lên mức ấn tượng 300 giờ.

Thứ hai, nhóm của Ren nhận thấy chi phí sản xuất giảm gần 47% và cường độ tiêu thụ năng lượng giảm 62% – những thay đổi thiết yếu nếu hydro muốn trở thành một nhân tố lớn trong cuộc cách mạng năng lượng xanh. Còn lượng axit dư thì sao? Đừng lo. “Axit này được tuần hoàn lại, vì vậy nó không bao giờ thoát ra khỏi hệ thống”, ông Ren cho biết.

Giữa bối cảnh trung tâm dữ liệu AI, hạn hán kéo dài và vô số áp lực khác đang làm suy kiệt nguồn nước sạch của Trái Đất, việc tìm ra nguồn thay thế cho hydro xanh đang trở thành một cuộc tìm kiếm mang tính tồn vong – đối với cả ngành công nghiệp lẫn nhân loại.

Nhưng với việc các nhà khoa học đang nghiên cứu cách tận dụng nước biển và nước thải đã xử lý, hydro xanh có thể tin cậy và cạnh tranh về chi phí rất có thể sẽ sớm trở thành thành tựu rực rỡ nhất của 500 năm khám phá khoa học.

Liệu pháp điều trị ung thư mới mang tính cách mạng chỉ cần ánh sáng để diệt tế bào xấu

Sinh vật nhỏ bé tiết lộ “mã sinh tồn” giúp con người chống bức xạ và chữa ung thư?

Một nhà khoa học tin rằng con người có thể “quay ngược thời gian” trong vòng 4 năm tới

Theo PM