Language
Country/Area
No result found
Lá nhân tạo: Làm thế nào để tạo ra hydro bằng ánh sáng mặt trời và oxit kim loại?
Khi sự phụ thuộc của thế giới vào nhiên liệu hóa thạch truyền thống dần giảm đi, việc tìm kiếm năng lượng tái tạo đã trở thành trọng tâm hiện nay. Công nghệ tổng hợp hydro bằng năng lượng mặt trời và oxit kim loại cho thấy tiềm năng to lớn và được kỳ vọng sẽ trở thành cốt lõi của cuộc cách mạng năng lượng xanh. Công nghệ này dự kiến sẽ đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai theo cách thân thiện với môi trường.
Khái niệm về nhiên liệu mặt trời
Nhiên liệu năng lượng mặt trời là nhiên liệu tổng hợp được tổng hợp bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời và các dạng chính của chúng bao gồm hydro, amoniac và hydrazine. Việc sản xuất các loại nhiên liệu này có thể được chia thành nhiều công nghệ khác nhau như công nghệ quang hóa, công nghệ quang sinh học và công nghệ điện hóa. Trong số đó, phương pháp quang hóa là một trong những công nghệ triển vọng nhất ở giai đoạn này vì sản phẩm phụ duy nhất của nó là nước. Điều này làm cho hydro trở thành một lựa chọn năng lượng sạch và an toàn.
"Nhiên liệu mặt trời có thể được sản xuất khi có ánh sáng mặt trời và được lưu trữ cũng như vận chuyển khi cần thiết."
Trong tương lai, khi công nghệ hydro và các nhiên liệu mặt trời khác ngày càng hoàn thiện, lợi thế của chúng trong vận chuyển và lưu trữ sẽ ngày càng rõ ràng hơn. Ví dụ, amoniac có mật độ năng lượng cao gấp 1,3 lần so với hydro lỏng, trong khi hydrazin cao gần gấp đôi, khiến những loại nhiên liệu này trở thành lựa chọn hấp dẫn hơn.
Sản xuất hydro quang điện hóa
Quá trình quang điện hóa sử dụng các tế bào quang điện chuyên dụng để điện phân nước. Trong quá trình này, ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành dòng điện thông qua các điện cực nhạy sáng, sau đó dòng điện này được sử dụng để phân hủy nước để tạo ra hydro và oxy. Mặc dù các vật liệu hiện tại chưa đủ tốt để ứng dụng thương mại, nhưng các nhà khoa học vẫn tiếp tục tìm hiểu những cách để cải thiện quy trình.
"Cấu trúc đơn giản có thể có nghĩa là chi phí thấp hơn và hiệu quả chuyển đổi năng lượng được cải thiện."
Ngoài ra, công nghệ "lá nhân tạo" trong các quá trình quang hóa đang được nghiên cứu rộng rãi. Nó kết hợp chất xúc tác oxit kim loại và pin mặt trời bán dẫn để tạo ra hydro trực tiếp từ ánh sáng mặt trời. Cách tiếp cận này sẽ mở ra những khả năng mới cho việc sản xuất hydro.
Ứng dụng quang sinh học trong sản xuất hydro
Phương pháp quang sinh học sử dụng các vi sinh vật quang hợp như tảo lục và vi khuẩn lam để sản xuất hydro trong những điều kiện cụ thể. Ví dụ, khi tảo xanh được nuôi trong môi trường thiếu lưu huỳnh, có thể sản xuất hydro mà không cần oxy. Tính khả thi của quá trình này tiếp tục thu hút các nhà khoa học nghiên cứu chuyên sâu.
"Nếu chúng ta có thể khắc phục thành công vấn đề ức chế oxy trong sản xuất hydro thì đó sẽ là một bước đột phá lớn."
Trong quá trình tìm cách tăng sản lượng hydro, các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu cách sử dụng các kỹ thuật sinh học tổng hợp để tối ưu hóa quy trình và làm cho nó bền vững cho sản xuất công nghiệp.
Quá trình nhiệt hóa học mặt trời
Quá trình nhiệt hóa học mặt trời sử dụng trực tiếp năng lượng nhiệt của ánh sáng mặt trời để phân hủy nước. Trong quá trình này, năng lượng mặt trời được đưa vào lò phản ứng nhiệt độ cao bằng chùm tia tập trung. Các công nghệ triển vọng nhất bao gồm chu trình oxit xeri hai bước, thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao là 1400°C, và chu trình hỗn hợp đồng clorua, diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn là 500°C.
"Mặc dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, nhưng phương pháp nhiệt hóa học mặt trời có thể cung cấp giải pháp khả thi cho việc sản xuất hydro trong tương lai."
Ngoài ra, việc kết hợp với quy trình cải cách nhiên liệu hóa thạch truyền thống là khí hóa mê-tan bằng năng lượng mặt trời sẽ giúp nâng cao hiệu quả của công nghệ này.
Công nghệ giảm thiểu khí cacbon dioxit
Ngoài việc sản xuất hydro, các nhà nghiên cứu còn đang khám phá cách chuyển đổi carbon dioxide (CO2) thành carbon monoxide (CO) và các hợp chất khác. Quá trình này liên quan đến việc sử dụng chất xúc tác quang phù hợp và có thể thực hiện được trong môi trường sử dụng năng lượng mặt trời.
"Kết hợp các tế bào quang điện và hệ thống điện hóa có thể đạt được hiệu quả chuyển đổi carbon dioxide."
Công nghệ này không chỉ giúp giảm phát thải khí nhà kính mà còn cung cấp nguyên liệu thô để sản xuất nhiên liệu tái tạo.
Triển vọng tương lai
Với những đột phá và phát triển liên tục của công nghệ, hydro và các nhiên liệu mặt trời khác dự kiến sẽ trở thành một phần quan trọng của hệ thống năng lượng toàn cầu trong tương lai. Nhiều chuyên gia dự đoán rằng nền kinh tế amoniac mới sẽ xuất hiện trên thị trường năng lượng trong tương lai, làm nổi bật tiềm năng của amoniac xanh trong việc sử dụng trong vận tải như tàu lớn.
"Nếu việc lưu trữ và vận chuyển hydro được cải thiện hơn nữa, chúng ta có thể không còn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong tương lai nữa."
Việc sử dụng năng lượng mặt trời và sự thay đổi nguồn năng lượng sẽ ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta như thế nào?
