Language
Country/Area
No result found
Quang hợp nhân tạo: Các nhà khoa học mô phỏng thiên nhiên để sản xuất hydro như thế nào?
Khi nhu cầu năng lượng tái tạo trên toàn cầu tăng lên, các nhà khoa học đang tìm kiếm những phương pháp sáng tạo để sản xuất hydro, được coi là chìa khóa cho tương lai năng lượng sạch. Quá trình phân tách nước như một trong những con đường sản xuất hydro đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý. Quá trình phân tách nước không chỉ là bước cốt lõi của quá trình quang hợp trong tự nhiên mà còn là nền tảng kỹ thuật quan trọng cho nền kinh tế hydro trong tương lai.
Các khái niệm cơ bản về sự phân tách nước
Phân tách nước là phản ứng hóa học trong đó nước bị phân hủy thành oxy và hydro. Nếu phản ứng này có thể đạt được hiệu quả và kinh tế, nó sẽ là một bước đột phá công nghệ lớn. Quá trình phân hủy nước bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm điện phân, phân hủy quang điện hóa, v.v.
Điện phân nhiệt độ cao (HTE) có khả năng tăng gấp đôi hiệu quả sản xuất hydro bằng cách cung cấp một phần năng lượng dưới dạng nhiệt để tăng hiệu quả.
Công nghệ điện phân nước
Điện phân nước là quá trình phân hủy nước (H2O) thành oxy (O2) và hydro (H2). Quá trình này tiêu tốn rất nhiều năng lượng và thường thì chi phí điện cao hơn sản lượng hydro. Ngược lại, phương pháp điện phân ở nhiệt độ cao có khả năng đạt hiệu suất khoảng 50%.
Cảm hứng từ thiên nhiên: sự phân tách nước trong quá trình quang hợp
Trong quá trình quang hợp, quá trình phân tách nước cũng xảy ra, nhưng các electron của nước không được chuyển đổi trực tiếp thành hydro mà được sử dụng để khử carbon dioxide để tạo ra đường. Các nhà khoa học đã nghiên cứu cách mô phỏng quá trình này để tổng hợp hydro trong phòng thí nghiệm.
Các nghiên cứu về sản xuất hydro sinh học đã chỉ ra rằng các electron được tạo ra bởi quá trình quang hợp có thể được dẫn vào hydrogenase để tạo ra hydro.
Phân tách nước bằng quang điện hóa và quang xúc tác
Công nghệ phân tách nước quang điện hóa sử dụng điện được tạo ra bởi hệ thống quang điện và có tiềm năng sạch cực cao, khiến nó trở thành hướng quan trọng để khám phá sản xuất hydro. Đồng thời, công nghệ quang xúc tác cũng đang đẩy nhanh quá trình này. Các nhà khoa học sử dụng chất quang xúc tác lơ lửng để chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành hydro, hy vọng hoàn thành phản ứng trong một bước.
Nếu năng lượng mặt trời được sử dụng hiệu quả, có thể đạt được hiệu suất phân tách nước cao hơn, do đó giảm chi phí.
Phân ly bức xạ và phân hủy nhiệt
Công nghệ phân ly bằng bức xạ, sử dụng bức xạ năng lượng cao để phá vỡ các phân tử nước, đã được sử dụng thành công tại mỏ vàng Mponeng ở Nam Phi. Trong phương pháp nhiệt phân, nước bị phân hủy thành hydro và oxy ở nhiệt độ cao. Nghiên cứu hiện tại cũng đang khám phá cách giảm nhiệt độ để cải thiện hiệu quả sản xuất hydro.
Tiềm năng của năng lượng hạt nhânNăng lượng hạt nhân cũng được coi là nguồn đáng tin cậy để sản xuất hydro. Ví dụ, một nhà máy điện hạt nhân có thể sản xuất điện vào ban ngày và tập trung sản xuất hydro vào ban đêm. Nếu có thể khả thi về mặt kinh tế, giải pháp này sẽ cạnh tranh được với các giải pháp lưu trữ năng lượng lưới điện hiện có.
Công nghệ năng lượng mặt trời tập trung
Công nghệ năng lượng mặt trời tập trung có thể đạt nhiệt độ lên tới 1200°C để thúc đẩy quá trình phân tách nước và Hydrosol-2 của Tây Ban Nha là một minh chứng cho công nghệ này. Thiết kế thiết bị phản ứng hiệu quả của nó cho phép mở rộng quy mô hơn nữa trong tương lai.
Phần kết luậnThông qua chu trình nhiệt hóa học, nước có thể kết hợp với nhiệt để sản xuất hydro và oxy hiệu quả hơn mà không cần sử dụng điện.
Với những tiến bộ công nghệ, triển vọng ứng dụng của quá trình phân tách nước trong sản xuất hydro ngày càng rộng mở, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua để đạt được các ứng dụng thương mại khả thi về mặt kinh tế. Các nhà khoa học đang thể hiện sự nhiệt tình và quyết tâm trong việc tìm cách tiếp tục cải tiến những công nghệ này. Chúng ta không thể không đặt câu hỏi: Trong thế giới tương lai, liệu hydro có trở thành trụ cột năng lượng mới của chúng ta không?
