5 điều cần biết về năng lượng hydro

Mặc dù nhiệt điện và điện hạt nhân vẫn là những nguồn năng lượng phụ tải chính yếu trong đời sống chúng ta, có thể thấy năng lượng tái tạo đang ngày càng được coi trọng.

Hầu hết chúng ta đã quen với tiềm năng của thuỷ điện, điện mặt trời và điện gió. Dù vậy, vẫn cần thêm vào danh sách một nguồn năng lượng khác, ngày càng thu hút sự chú ý và có thể sẽ trở thành nguồn năng lượng linh hoạt nhất trong tương lai: đó là năng lượng hydro.

Trong bối cảnh các quốc gia và doanh nghiệp (DN) trên khắp thế giới nỗ lực giảm thiểu lượng khí thải CO₂, Toshiba cũng đang thúc đẩy cải tiến trên toàn mảng kinh doanh năng lượng của tập đoàn, gồm cả việc sử dụng hydro như một nguồn năng lượng sạch.

Trong tài liệu này, chúng tôi sẽ điểm lại một số kiến thức cơ bản về hydro, bao gồm định nghĩa và cách tạo ra điện năng, cũng như những nỗ lực của Toshiba trong việc thúc đẩy nguồn năng lượng sạch và xanh này.

Hydro có thể được sử dụng để tạo ra điện năng

Hydro là nguyên tố nhẹ nhất và phong phú nhất trong vũ trụ. Nói chung, hydro thường dùng để chỉ các phân tử H2 kết hợp từ hai hoặc nhiều nguyên tử. Trên trái đất, hydro phân tử nguyên chất khá hiếm, nhưng chúng ở khắp xung quanh ta dưới dạng hợp chất, dễ thấy nhất là nước (H₂O). Sản xuất hydro thực ra khá đơn giản. Các bạn có nhớ hiện tượng điện phân của nước trong môn Hoá học không? Đó là cách tạo ra hydro, sử dụng điện để phân tách các phân tử H2O thành hydro và oxy.

Tạo ra điện từ hydro cũng đơn giản không kém, đó là phản ứng đảo ngược của điện phân nước. Hay nói cách khác, điện năng và nước nóng đều có thể được tạo ra qua phản ứng hoá học giữa hydro và oxy.

Sau khi tạo ra, hydro cũng có thể được lưu trữ và sử dụng để sản xuất điện khi cần. Điều này được thực hiện thông qua một pin nhiên liệu, tạo ra điện năng bằng cách kích hoạt phản ứng hoá học giữa hydro và oxy.

Hydro rất sạch sẽ và cực kỳ linh hoạt

Điều tuyệt vời khi sản xuất điện từ hydro là hoàn toàn không phát sinh khí thải CO₂; đây là một quy trình sạch sẽ và thân thiện với môi trường. Hydro cũng có thể được sản xuất từ nhiên liệu hoá thạch, nhất là khí thiên nhiên được chuyển hoá, và nhiều loại phương tiên giao thông sử dụng pin nhiên liệu (FCV) ngày nay cũng được cấp điện theo phương pháp này.

Tuy vậy, nếu hydro được sản xuất thuần tuý từ năng lượng tái tạo như điện gió, thuỷ điện và điện mặt trời, chúng ta sẽ có một quy trình hoàn toàn không phát thải CO₂ từ khâu sản xuất hydro đến khâu phát điện.

Không chỉ có vậy, hydro cũng vô cùng linh hoạt, có thể sử dụng để cấp điện cho mọi thứ từ tàu bè đến phi thuyền, cũng như cao ốc văn phòng, trung tâm giao thông, xe bus và xe hơi. Và bởi vì hydro có thể được lưu trữ, nó cũng sẽ được vận chuyển đến những địa điểm cần thiết.

Toshiba hiện đang phát triển các công nghệ then chốt cho nền kinh tế hydro

Mọi lộ trình hướng đến một xã hội giảm khí thải carbon đều công nhận tầm quan trọng của năng lượng hydro. Bấy lâu nay, Toshiba đã và đang cống hiến nguồn lực cho việc phát triển các công nghệ cũng như hệ thống thiết yếu, và hiện nay hệ thống hiện đại nhất của tập đoàn mang tên H2One.

H2One tích hợp mọi yếu tố cần thiết để hiện thực hoá một hệ thống cung cấp năng lượng tự vận hành trên nền tảng hydro: một hệ thống năng lượng mặt trời để phát điện; một ắc quy tĩnh để lưu điện; một đơn vị điện phân; một bồn chứa hydro; và một cụm pin nhiên liệu. Đó chính là đỉnh cao của giải pháp năng lượng sạch hiện hành.

Hệ thống này cũng có nhiều lợi ích khác. Như đã đề cập, năng lượng tái tạo ngày càng quan trọng, nhưng sản lượng biến thiên phụ thuộc vào thời điểm trong ngày, thời tiết, và thậm chí khí hậu từng mùa. Hydro sẽ chấm dứt những yếu tố bất định đó. Cũng như bình điện ắc quy, hydro có thể được lưu trữ và bù đắp cho sự thiếu ổn định nguồn cung từ năng lượng tái tạo. Và khác với bình ắc quy, hydro không bị thoái hoá theo thời gian, lưu trữ bao lâu cũng được cho đến khi cần sử dụng.

Nhằm tìm ra phương thức tốt nhất để xúc tiến chuyển đổi sang nền kinh tế hydro, các kỹ sư và nhà phát triển sản phẩm của Toshiba làm việc trong dự án H2One đã nghiên cứu kỹ lưỡng sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo và cách chúng mở đường cho công nghệ phát điện đa dạng hơn. Họ nhận ra rằng H2One có thể giúp sản xuất điện đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ của địa phương, và đạt được khả năng tự cung tự cấp.

Một nguồn cảm hứng sáng tạo khác đến từ việc nghiên cứu phục hồi sau thảm hoạ, nơi H2One đóng vai trò cung cấp sợi dây cứu sinh. Trên thực tế, việc này đã trở thành hiện thực ở Kawasaki Marien, một địa điểm công cộng tại Kawasaki, phía Nam Tokyo. Tại đó hệ thống H2One được lắp đặt để sản xuất điện năng, nhưng trong trường hợp xảy ra thảm hoạ, hệ thống sẽ lưu trữ hydro nhằm cung cấp điện và nước nóng trong vòng 1 tuần cho khoảng 300 người sơ tán.

Hydro đem lại những giải pháp thực tế

Bất cứ công nghệ nào cũng phải được kiểm chứng bằng hiệu năng thực tế. H2One đã và đang chứng tỏ sự hữu dụng của mình tại nhiều nơi với đặc điểm địa phương rất khác nhau. Sau đây là một vài ví dụ.

H2One tại ga xe lửa Musashi Mizunokuchi

Hầu hết trong số hơn 80.000 hành khách đi tàu tuyến Nambu khởi hành từ Ga Musashi Mizunokuchi của Công ty Đường sắt Đông Nhật Bản có thể không nhận ra đây là nhà ga đầu tiên được cấp điện bởi hệ thống H2One. Hệ thống thắp sáng cho các sân ga trong công tác vận hành hàng ngày.

Vào mùa hè, nước nóng sinh ra trong quá trình phát điện được đưa đến các cột phun sương để làm mát nhà ga; đến mùa đông, nước nóng được cho chạy qua làm ấm các băng ghế, giúp hành khách thoải mái dễ chịu hơn trong khi chờ tàu.

Trong trường hợp khẩn cấp hoặc sự cố mất điện, H2One sẽ tự vận hành độc lập, cấp nguồn điện liên tục ngoài lưới để thắp sáng một số nơi trong phòng đợi của nhà ga cũng như khu vệ sinh.

H2One trong ngành xây dựng

Trong ngành xây dựng hiện đang có một phong trào toàn cầu nhằm hiện thực hoá các toà nhà không năng lượng (zero energy building - ZEB), hoặc tiệm cận mục tiêu đó, bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo để thắp sáng, sưởi ấm, thông gió, và điều hoà nhiệt độ.

Tại Nhật Bản, công ty xây dựng Tokyu Construction hiện đang sử dụng hệ thống H2One để hỗ trợ phát triển ZEB tại Viện Công nghệ Xây dựng Tokyu. Một hệ thống điện mặt trời tích hợp và H2One tạo ra hydro, lưu trữ và sử dụng trong pin nhiên liệu khi cần thiết.

Ngay cả xe nâng cũng được cấp điện từ hydro 

Trung tâm Ứng dụng Hydro của Toshiba đang sử dụng hydro làm nhiên liệu hàng ngày. Toạ lạc tại Khu phức hợp Fuchu phía Tây Tokyo, một trong những cơ sở quy mô lớn nhất của Toshiba, Trung tâm được xây dựng quanh một hệ thống H2One mới thiết kế, sử dụng năng lượng tái tạo để sản xuất và cung cấp hydro cho các xe nâng dùng pin nhiên liệu hoạt động trong khu phức hợp.

Xe nâng không thải khí CO₂ khi hoạt động, nhờ đó biến việc vận hành 100% không phát thải trở thành hiện thực.

Hydro là nguồn năng lượng của tương lai

Triển lãm EXPO Astana 2017 tại thành phố Astana, thủ đô nước Kazakhstan, mở cửa tiếp đón công chúng vào ngày 10/6/2017, quảng bá chủ đề chính là “Năng lượng của tương lai”.

Tại Nhà triển lãm của Nhật Bản, Toshiba đã đi tiên phong trình diễn chủ đề này với bộ phim “Hành trình năng lượng hydro” và gây tiếng vang. Sử dụng công nghệ thực tế ảo tối tân, bộ phim ngắn này đưa khán giả tham gia quy trình phát điện từ H2One; khán giả bắt đầu hành trình đóng vai một tia nắng mặt trời, được chuyển hoá thành điện năng qua hệ thống điện mặt trời, và sau đó thành hydro./.