Hydro được tạo ra như thế nào?

Hydro đang ngày càng trở nên quan trọng như một nguồn năng lượng sạch đầy tiềm năng – đặc biệt trong bối cảnh thế giới hướng tới một tương lai thân thiện với môi trường hơn. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi hydro thực chất là gì và làm thế nào để sản xuất nó chưa? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về bản chất của hydro, các công nghệ sản xuất hydro phổ biến hiện nay, cũng như những đặc điểm đặc biệt khiến nó trở thành một nguồn năng lượng đáng chú ý.

Hydro: Nguyên tố hóa học đơn giản nhất

Hiểu một cách đơn giản, hydro là một loại khí không màu, không mùi, không vị và là nguyên tố hóa học đơn giản nhất, đồng thời cũng là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ. Hydro được cấu tạo từ những hạt nhỏ bé gọi là proton và electron.

Hình 1. Hydro là gì?

Với tính chất cực kỳ linh hoạt, hydro có thể kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành hợp chất, chẳng hạn như nước. Nó là một nguồn nhiên liệu mạnh mẽ, có thể được sử dụng để tạo ra điện, vận hành phương tiện và cung cấp nhiệt năng. Là một nguồn năng lượng sạch, hydro có tiềm năng to lớn trong việc giảm thiểu tác động môi trường và góp phần vào một hệ thống năng lượng bền vững.

Công nghệ sản xuất hydro hiện nay

Có nhiều phương pháp sản xuất hydro khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và nguồn tài nguyên sẵn có. Dưới đây là những phương pháp phổ biến nhất:

Cải tạo hơi nước từ khí tự nhiên

Hiện tại, đây là công nghệ sản xuất hydro phổ biến nhất. Trong phương pháp này, khí tự nhiên (chủ yếu là metan) được làm nóng với hơi nước dưới sự xúc tác của một chất xúc tác đặc biệt. Quá trình này có thể hình dung đơn giản như việc “bẻ gãy” phân tử khí tự nhiên.

Cụ thể, metan (CH₄) trong khí tự nhiên phản ứng với hơi nước (H₂O), tạo ra hydro (H₂) và khí carbon monoxide (CO). Hydro thu được sau đó sẽ được tinh chế để sử dụng làm nhiên liệu cho phương tiện, sản xuất điện trong pin nhiên liệu hoặc phục vụ các ứng dụng công nghiệp khác.

Mặc dù phương pháp này có chi phí sản xuất thấp, nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là phát thải khí CO₂ – một trong những tác nhân chính gây biến đổi khí hậu.

Điện phân nước

Trong phương pháp này, nước (H₂O) được tách thành hydro và oxy thông qua dòng điện. Quá trình này được thực hiện nhờ thiết bị điện phân, còn gọi là “bộ điện phân nước” (electrolyzer).

Điện phân nước là một trong những phương pháp sản xuất hydro sạch nhất, đặc biệt khi sử dụng nguồn điện từ năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời hoặc gió. Tuy nhiên, chi phí sản xuất hydro theo cách này vẫn còn khá cao do lượng điện tiêu thụ lớn.

Hình 2. Công nghệ điện phân nước để sản xuất hydro

Sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời

Phương pháp này sử dụng năng lượng mặt trời thay vì điện để thực hiện quá trình điện phân nước. Có hai cách chính để thực hiện:

• Dùng trực tiếp ánh sáng mặt trời để kích thích phản ứng phân tách phân tử nước.
• Tập trung bức xạ mặt trời bằng các gương hoặc bộ thu năng lượng mặt trời để tạo ra nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sản xuất hydro.

Công nghệ này đặc biệt phù hợp với các quốc gia có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào, giúp sản xuất loại khí này với chi phí cạnh tranh hơn.

Sản xuất hydro sinh học

Một số vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn hoặc tảo, có khả năng tạo ra hydro thông qua quá trình lên men hoặc quang hợp. Đây là một phương pháp vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, nhưng có tiềm năng trở thành nguồn cung cấp hydro bền vững và thân thiện với môi trường.

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là nguồn nguyên liệu sinh học không phải lúc nào cũng sẵn có, làm hạn chế quy mô sản xuất.

Sự bền vững trong sản xuất hydro: Chọn lựa nguồn năng lượng phù hợp

Không phải tất cả các phương pháp sản xuất hydro đều thân thiện với môi trường như nhau. Mức độ bền vững của hydro phụ thuộc vào nguồn năng lượng sử dụng trong quá trình sản xuất và lượng khí CO₂ phát thải ra môi trường. Để khai thác tối đa lợi ích của khí này như một nguồn năng lượng sạch, việc sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió hoặc thủy điện trong quá trình sản xuất hydro là vô cùng quan trọng.

Khi sản xuất hydro bằng các nguồn năng lượng tái tạo, lượng phát thải CO₂ có thể giảm đáng kể, giúp quá trình này trở nên bền vững và thân thiện với môi trường hơn. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới mục tiêu giảm phát thải carbon và chống biến đổi khí hậu.

Nguồn: Theo Atlas Copco