Ứng dụng công nghệ dự trữ hydro vào sản xuất xe cộ

Phương pháp mới trong việc tái sinh nhiên liệu chứa hydro có thể mở ra cánh cửa tiến tới việc sản xuất động cơ chạy bằng hydro.

Tạp chí Angewandte Chemie đăng tin, phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos và các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Alabama cộng tác cùng Trung tâm dự trữ hydro Hoa Kì đã đạt được tiến triển quan trọng trong lĩnh vực dự trữ khí hydro.

Về nhiều mặt, khí hydro là một nhiên liệu lí tưởng cho ngành vận tải. Nó rất dồi dào và có thể dùng để chạy pin nhiên liệu. So với động cơ đốt trong, pin nhiên liệu hiệu quả hơn rất nhiều. Sử dụng khí hydro trong pin nhiên liệu cũng loại trừ các khí phế phẩm có hại cho môi trường.

Để đáp ứng được yêu cầu trong ngành vận tải, một loại nhiên liệu lí tưởng cần đủ nhẹ để duy trì hiệu suất chất đốt toàn phần và có chứa hàm lượng năng lượng cao trong một đơn vị nhỏ. Tuy nhiên, trong điều kiện thường, khí hydro nguyên chất có mật độ năng lượng (energy density) trên một đơn vị rất thấp. Điều này đặt ra thử thách kĩ thuật cho việc sử dụng hydro trong thùng xăng đơn để chạy được quãng đường dài từ 300 dặm trở lên – theo tiêu chuẩn của Phòng năng lượng Hoa Kì (DOE).

Cho tới nay, nhiều người vẫn coi nguyên tố nhẹ nhất vũ trụ này là đủ nhẹ để sử dụng làm nhiên liệu ngành vận tải,

Để giải quyết vấn đề mật độ năng lượng của khí hydro nguyên chất, Trung tâm dự trữ hydro đã tập trung vào sử dụng một loại vật liệu được gọi là hydrua. Khí hydro có thể được sản sinh ra từ những chất này và được dùng để chạy pin nhiên liệu. Nhờ công suất dự trữ hydro, những hợp chất này có thể được coi như những “thùng xăng hoá học”.

Ammonia borane là một nhiên liệu giải phóng hydro. Theo mô hình của Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, ammonia borane có thể được sử dụng để chạy thùng xăng trong xe. Một khi hydro được giải phóng, ammonia borane có thể được tái sinh và tái sử dụng. Trong mô hình đã công bố, sự tái sinh của nhiên liệu tách hydro vào ammonia borane sẽ diễn ra bên ngoài phương tiện.(Ảnh : Physorg)

Điển hình của hydrua là ammonia borane bởi khả năng dự trữ hydro của nó khá cao, lên tới 20% khối lượng. Nhược điểm chính của ammonia borane là không có cách nào để đưa hydro trở lại nhiên liệu đã sử dụng một khi nó đã được giải phóng. Nói cách khác, sau khi hydro được giải phóng, ammonia borane không được tiếp đầy đủ hydro.

Các nhà nghiên cứu Los Alamos đang cộng tác với đồng nghiệp tại Đại học Alabama để phát triển phương pháp tái sinh đủ ammonia borane. Nhóm nghiên cứu đã đạt được bước đột phá khi phát hiện ra rằng: có thể tái sinh một dạng cụ thể của nhiên liệu tách hydro, có tên polyborazylene, chỉ với rất ít nhiên liệu đầu vào. Đây là một bước quan trọng trong việc sử dụng ammonia borane vào mục đích vận chuyển năng lượng trong ngành vận tải.

Giáo sư Gene Peterson, trưởng bộ phận Hoá học tại Los Alamos cho biết “Nghiên cứu này đánh dấu bước đột phá trong ngành dự trữ năng lượng và có ứng dụng rất thiết thực. Nhóm nghiên cứu rất đáng được ca ngợi nhờ thành tựu xuất sắc này.”

Trung tâm dự trữ hydro là một trong ba trung tâm được tài trợ bởi Phòng năng lượng Hoa Kì. Hai trung tâm còn lại chuyên sâu vào công nghệ thẩm thấu hydro và dự trữ hydro trong hydrua kim loại. Nhóm ba trung tâm này có sự cộng tác tham gia của Los Alamos, Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, các học giả cùng các đối tác trong ngành công nghiệp.

Đề cập tới công trình mà tạp chí Angewandte Chemie miêu tả, John Gordon, nhà nghiên cứu của Los Alamos, phát biểu “Đột phá này có được là nhờ sự cộng tác tích cực của mọi người trong trung tâm. Ban đầu, có vô số các chất thử cần kiểm nghiệm.”

Gordon cho biết thêm “Những tính toán của nhóm do giáo sư Dave Dixon thuộc Đại học Alabama dẫn đầu có vai trò dẫn đường đối với công trình thí nghiệm của nhà nghiên cứu Ben Davis thuộc Los Alamos. Sự phối hợp cực kì ăn ý giữa hai nhóm rõ ràng đã thúc đẩy tiến bộ này.”

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang làm việc với đồng nghiệp tại Công ty hóa chất Dow, một đối tác nữa của trung tâm, nhằm cải thiện hiệu suất hoá học toàn phần và tiến tới ứng dụng nhiên liệu sử dụng hydro vào ngành vận tải trên quy mô rộng.

Tài liệu:
Độc giả có thể tìm đọc phiên bản điện tử của bài báo trên trên tờ Angewandte Chemie số 37, tại đường link http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/122453478/PDFSTART