Việc tăng công suất hydro toàn cầu, đặc biệt là hydro xanh – được sản xuất bằng phương pháp điện phân chạy bằng các nguồn năng lượng tái tạo, một quá trình không thải ra carbon dioxide, đã thu hút sự quan tâm lớn. Tuy nhiên, một trong những thách thức chính đối với việc sử dụng hydro là cách lưu trữ nó. Hydro có thể được lưu trữ dưới dạng khí hoặc chất lỏng. Dưới dạng khí, nó có thể được lưu trữ trong các bình áp suất cao và dưới dạng chất lỏng ở nhiệt độ đông lạnh để ngăn nó sôi trở lại thành khí – ở khoảng −252,8°C. Nó cũng có thể được lưu trữ trong vật liệu rắn thông qua quá trình hấp thụ. Tuy nhiên, có một số thách thức liên quan đến việc lưu trữ hydro để sử dụng thực tế. Ví dụ, phương tiện vận tải sử dụng hydro hiện không thể chứa được lượng lớn nhiên liệu nén cần thiết để di chuyển quãng đường dài. Ngoài ra, các giải pháp lưu trữ hiện tại rất kém hiệu quả, gây thất thoát lượng lớn năng lượng trong quá trình xử lý.
Phát triển các giải pháp lưu trữ hydro hiệu quả là rất quan trọng cho sự tiến bộ của công nghệ hydro và pin nhiên liệu trong các ứng dụng. Hydro có năng lượng trên khối lượng cao nhất so với bất kỳ loại nhiên liệu nào, nhưng cần có giải pháp lưu trữ công nghệ cao để đảm bảo nhiên liệu hoặc khí có thể được sử dụng hiệu quả mà không làm mất đi năng lượng dư thừa. Tại Hoa Kỳ, Văn phòng Công nghệ Pin Nhiên liệu và Hydro (HFTO), được hỗ trợ bởi nguồn vốn từ Đạo luật Giảm Lạm phát (IRA) năm 2022 của chính quyền Biden, đang tiến hành các hoạt động nghiên cứu và phát triển để cải tiến công nghệ hệ thống lưu trữ hydro. Cho đến nay, tiến độ vẫn còn chậm do có nhiều thách thức đối với sự phát triển công nghệ.
Một công ty khởi nghiệp ở California, do hai nhà khoa học thành lập vào năm 2021, tin rằng họ đã phát hiện ra một phương pháp cải tiến để lưu trữ hydro. Công ty H2MOF hy vọng có thể nén hydro thành một thể tích nhỏ mà không cần sử dụng áp suất cao hoặc nhiệt độ thấp để lưu trữ nhiên liệu. Nếu thành công, công nghệ này có thể được sử dụng để cho phép lưu trữ hydro ở nhiệt độ phòng cho nhiều ứng dụng, bao gồm cả việc cung cấp nhiên liệu cho ô tô. Nhiều phương pháp lưu trữ hydro hiện có rất tốn kém và đòi hỏi lượng năng lượng cao, khiến chúng không hiệu quả. Tuy nhiên, nếu hydro có thể được lưu trữ ở trạng thái rắn thì nó có thể giảm đáng kể gánh nặng lưu trữ.
Fraser Stoddart, người đoạt giải Nobel Hóa học năm 2016 và là người đồng sáng lập H2MOF, cho biết: “Việc sản xuất hydro, theo như tôi biết, là một vấn đề đã được giải quyết.” Ông nói thêm: “Có rất nhiều cách hiệu quả để sản xuất hydro. Thách thức lớn còn lại là lưu trữ nó theo cách lưu trữ phần lớn ở áp suất thấp và nhiệt độ môi trường xung quanh… “Tôi tin tưởng rằng bằng cách này hay cách khác, tất nhiên chúng ta sẽ đạt được điều đó.”
H2MOF tin rằng họ có thể ra mắt công nghệ lưu trữ hydro cải tiến trong vòng vài năm tới. Công ty khởi nghiệp này đã có thể tăng tốc nghiên cứu bằng cách sử dụng AI và các mô hình do máy tính tạo ra. Những người sáng lập coi hydro là chìa khóa để đạt được quá trình chuyển đổi xanh. Không giống như điện, hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho các hoạt động công nghiệp cũng như để nấu ăn và sưởi ấm. Nó cũng dự kiến sẽ được sử dụng như một giải pháp thay thế cho pin điện để cung cấp năng lượng cho phương tiện giao thông, đặc biệt là các phương tiện lớn như tàu thủy và máy bay không thể mang theo pin điện nặng cần thiết để cung cấp năng lượng cho chúng bằng điện.
Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học đưa ra giải pháp sáng tạo để lưu trữ hydro. Năm 2023, một nhóm sinh viên tại Đại học Công nghệ Eindhoven đã nảy ra ý tưởng sử dụng những quả cầu sắt nhỏ (viên sắt) để vận chuyển hydro. Nhóm nghiên cứu đã phát triển quy trình ủi hơi nước để đạt được điều này. Khi sắt tiếp xúc với dòng hơi nước nóng dưới áp suất cao, nó sẽ phản ứng với các phân tử nước, tạo ra hydro và oxit sắt, được gọi là rỉ sét. Hydro sau đó có thể được chiết xuất để sử dụng làm nguồn năng lượng. Phần rỉ sét còn lại được tái sinh trở lại thành sắt khi bổ sung hydro, cho phép sắt trở thành chất mang hydro tròn. Điều này có lợi vì sắt có mật độ năng lượng cao hơn và có thể lưu trữ năng lượng trên mỗi thể tích cao hơn khoảng ba lần so với hydro điều áp. Các viên cũng có thể được lưu trữ và vận chuyển dễ dàng hơn nhiều vì chúng an toàn và nhỏ gọn.
Cho đến nay, nhiều tiến bộ trong công nghệ lưu trữ hydro đã xuất hiện ở cấp địa phương hơn là cấp quốc gia. Nhiều công ty khởi nghiệp và nhà khoa học tin rằng họ nắm giữ chìa khóa để giải phóng tiềm năng của hydro, nhưng câu hỏi vẫn là liệu họ có thể tái tạo và mở rộng quy mô công nghệ để sử dụng trong các hoạt động sản xuất hydro quy mô lớn hay không. Hoa Kỳ đang cung cấp mức tài trợ cao cho công nghệ hydro, với khoản đầu tư 9,5 tỷ USD vào lĩnh vực này từ IRA và Luật Cơ sở hạ tầng Lưỡng đảng, dự kiến sẽ hỗ trợ tăng tốc nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này. EU, khu vực MENA và một số khu vực ở châu Á cũng đang đầu tư mạnh vào việc phát triển công nghệ hydro để hỗ trợ việc mở rộng công suất hydro của thế giới.
Hùng Anh t/h
