Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 7: Năng lượng từ Mặt trời (Phần 5)

Powering Planet Earth:
Energy Solutions for the Future

by Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Nick Serpone

Chapter 7: Energy from the Sun – Chương 7: Năng lượng từ Mặt trời (Phần 5) 

Những hiểu lầm về hiđro – Huyền thoại Hiđro

Theo một số tin tức ở các tờ báo, hiđro (hydrogen – H2) sẽ giải quyết được tất cả các vấn đề của năng lượng. Đó là nguồn năng lượng sạch, phong phú, và thậm chí là dân chủ (democratic). Trong giới khoa học được cung cấp thông tin một cách nghèo nàn, và trong giới chính trị mà chỉ cung cấp thông tin cho chính họ thông qua báo chí, chúng ta thường nghe những bài phát biểu không ít thì nhiều có vẻ giống như thế này:

Ngày nay chúng ta buộc phải sử dụng nhiên liệu hóa thạch, thứ mà ngày càng trở lên cạn kiệt, tạo ra carbon dioxide, và là nguyên nhân của hiệu ứng nhà kính. Tuy nhiên chỉ trong vài năm nữa, chúng ta cuối cùng sẽ sử dụng hydro, nhiên liệu không gây ô nhiễm bởi vì khi được sử dụng chúng sẽ chỉ tạo ra nước.

“Today we are forced to use fossil fuels which are continuously being depleted, produce carbon dioxide, and are the cause of the greenhouse effect. In a few years, however, we shall finally use hydrogen, which does not pollute because when it’s used it produces only water.”

Không may thay, mọi thứ phức tạp hơn như vậy rất nhiều. Điều được gọi là nền kinh tế hiđro thực chất là một bài toán rất phức tạp, mà khó có thể tìm ra một lời giải nhanh chóng. Hãy cùng kiểm chứng tại sao lại như vậy.

Hiđro, khi được sử dụng để tạo ra năng lượng là hiđro phân tử, một loại khí với công thức phân tử H2. Từ hơn 200 năm trước người ta đã biết rằng khi hiđro cháy sẽ giải phóng năng lượng, như điều vẫn xảy ra khi bạn đốt khí ga thiên nhiên, dầu mỏ, hoặc than đá. Tuy nhiên điểm khác biệt lớn là trong khi quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra carbon dioxide, thì hiđro chỉ tạo ra nước (phản ứng 3):

H2 + ½ O2 ———-> H2O + giải phóng năng lượng          (3)

Còn có một điều nữa về sự khác biệt then chốt giữa hiđro và nhiên liệu hóa thạch mà thường bị lãng quên. Nhiên liệu hóa thạch là các nguồn năng lượng sơ cấp, được tìm thấy trong các trầm tích tự nhiên mà từ đó chúng được khai thác và sau đó sử dụng. Tuy nhiên, Trái đất không hề có trầm tích của hiđro phân tử.

Trong tự nhiên rất phong phú dạng hiđro được kết hợp với các thành phần nguyên tố khác – ví dụ như với oxy trong phân tử nước. Chúng ta thường đọc trên báo rằng nước sẽ trở thành than đá của tương lai và, cũng thường xuyên như vậy, câu nói này được kết hợp với một trích dẫn từ cuốn Hòn đảo Bí ẩn (The Mysterious Island) của Jules Verne:

Và khi dự  trữ than đá cạn kiệt, đâu sẽ là nơi con người tìm thấy năng lượng cần thiết để vận hành những cỗ máy? Từ nước. Tôi tin rằng một ngày nào đó nước sẽ được sử dụng như một loại nhiên liệu, mà hiđro và oxy, vốn là hợp phần tạo thành nước, được sử dụng hoặc riêng lẻ hoặc cùng nhau, sẽ cung cấp một nguồn nhiệt và ánh sáng vô tận.

“And when the reserves of coal are finished, where will man find the energy necessary to operate its machines? From water. I believe that one day water will be used as a fuel and that hydrogen and oxygen, that make up water, used either separately or together, will provide an inexhaustible source of heat and light.”

Nước không thể được so sánh dù là chỉ một chút nào với than đá, như kinh nghiệm thông thường đã cho chúng ta biết. Không giống như than đá, nước không duy trì lửa, mà dập tắt lửa. Nước không cháy, bởi vì nước thực sự đã cháy rồi. Đốt cháy có nghĩa là kết hợp một chất với oxy, hiđro của nước thực sự đã kết hợp với oxy rồi.

Tuy nhiên, một số nhà báo vẫn không sẵn sàng từ bỏ. Ngay cả khi họ thừa nhận rằng không có trữ lượng sẵn có của hiđro, họ vẫn bất chấp để biện luận rằng hiđro có thể được tách chiết dễ dàng từ nước. Nhưng không có điều gì dễ dàng như vậy, bởi vì để tạo ra hiđro từ nước bằng quá trình điện phân cần tiêu tốn năng lượng (phản ứng 4):

H2O + năng lượng  ———->   H2 + ½ O2                       (4)

Đây chính xác là bằng với năng lượng nhiệt mà hiđro có thể tạo ra khi đốt với oxy để tạo ra nước. Tóm lại, hiđro phân tử không phải là một nguồn năng lượng sơ cấp, bởi thực tế đơn giản đó là không có hiđro miễn phí trên Trái Đất. Nếu chúng ta muốn sử dụng hiđro chúng ta trước tiên phải sản xuất ra bằng cách tiêu tốn năng lượng.

Chúng ta thậm chí không thể chắc chắn rằng hiđro là sạch. Trên thực tế, sạch hay không sạch còn phụ thuộc vào nguồn năng lượng được sử dụng để sản xuất ra nhiên liệu. Việc sử dụng hiđro làm nhiên liệu được sản xuất từ khí mê-tan không có lợi khi xét tới ảnh hưởng môi trường, vì quá trình này thúc đẩy việc tạo ra cùng một lượng khí carbon dioxide vốn được tạo ra khi đốt khí mê-tan. Tương tự, chúng ta sẽ phải đối mặt với tất cả những vấn đề liên quan tới sử dụng năng lượng nguyên tử nếu chúng ta tạo ra hiđro từ nguồn năng lượng này.

Những quan điểm trên sẽ thay đổi hoàn toàn nếu chúng ta có thể tìm ra cách thức sản xuất hiđro từ nước sử dụng một nguồn năng lượng dồi dào, có thể tái tạo và không ô nhiễm, như năng lượng mặt trời chẳng hạn. Hiđro có thể được tạo ra bằng điện phân với điện được tạo ra từ các tấm pin quang điện – với chi phí hiện tại, đây không phải là cách làm giá rẻ – hiđro được tạo ra từ phương pháp quang hợp nhân tạo vẫn đang ở mức độ của những nghiên cứu sơ khởi. Do đó, việc chuyển tiếp từ nền kinh tế hiện tại dựa chủ yếu vào năng lượng nhiên liệu hóa thạch sang nền kinh tế dựa trên hiđro, đòi hỏi sự phát triển tiến bộ tiên quyết trong phương pháp chuyển đổi năng lượng mặt trời.

Bất luận thế nào, hiđro không phải là nguồn năng lượng sơ cấp, và chỉ khi hiđro được sản xuất với chi phí thấp thì nhiên liệu này mới có thể được sử dụng như một động lực năng lượng (energy vector), nhưng đầu tiên không thể bỏ qua chuyện giải quyết vấn đề liên quan tới việc quản lý đó là hiđro khó có thể vận chuyển, tích trữ và sử dụng. Do đó còn quá sớm và thậm chí là không thích hợp để đặt trọng tâm vào nền kinh tế hiđro và vào sự sáng tạo của những động cơ sử dụng hiđro minh họa đắt đỏ mà những nhà sản xuất ô tô trình diễn tại các Triển lãm Xe hơi Quốc tế.

Một ưu điểm lớn của hiđro như một động lực năng lượng nằm ở thực tế là hiđro có thể được chuyển đổi trực tiếp với một phương tiện vận chuyển năng lượng chủ yếu khác đã được sử dụng rộng dãi: điện năng. Ví dụ, với năng lượng điện chúng ta có thể tạo ra hiđro và oxy bằng điện phân nước và, ngược lại, sử dụng các thiết bị được gọi là các tế bào nhiên liệu (fuel cells) chúng ta có thể tạo ra điện từ hiđro và oxy. Không phải là định kiến, tuy nhiên thực tế là bất cứ ai muốn sử dụng hiđro hay điện thì trước tiên đều phải tạo ra chúng.

Bất kể tất cả những điều ở trên, tuy rằng vẫn cần thêm thời gian, việc sản xuất hiđro bằng sử dụng năng lượng mặt trời vẫn giữ vị trí là một trong những giải pháp tốt hơn cho vấn đề cần thiết sản xuất một loại nhiên liệu sạch không ô nhiễm cho lĩnh vực giao thông vận tải.

Hết Chương 7. 

Người dịch: Đoàn Công Điển

Biên tập: Phạm Thu Hường &  Đào Thu Hằng

© copyright Zanichelli and Wiley-VCH

Permission granted for translating into Vietnamese and publishing solely on dotchuoinon.com for non-commercial purposes.

Một suy nghĩ 3 thoughts on “Cung cấp năng lượng cho Trái đất – Chương 7: Năng lượng từ Mặt trời (Phần 5)”

  1. Điều này thật thú vị:

    “Tuy nhiên chỉ trong vài năm nữa, chúng ta cuối cùng sẽ sử dụng hydro, nhiên liệu không gây ô nhiễm bởi vì khi được sử dụng chúng sẽ chỉ tạo ra nước.”

    “chúng ta có thể tìm ra cách thức sản xuất hydro từ nước sử dụng một nguồn năng lượng dồi dào, có thể tái tạo và không ô nhiễm, như năng lượng mặt trời chẳng hạn. Hydro có thể được tạo ra bằng điện phân với điện được tạo ra từ các tấm pin quang điện”

    “tuy rằng vẫn cần thêm thời gian, việc sản xuất hydro bằng sử dụng năng lượng mặt trời vẫn giữ vị trí là một trong những giải pháp tốt hơn cho vấn đề cần thiết sản xuất một loại nhiên liệu sạch không ô nhiễm cho lĩnh vực giao thông vận tải.”

    Em cám ơn Điển, Hằng, chị Hường và team dịch đã mang đến những kiến thức có giá trị. 🙂

    Thích

  2. Hi Hương và các bạn,

    Đọc chương này chúng ta cần phải rất tỉnh táo và cẩn thận nhất là các bạn làm khoa học và thực hiện các chương trình phát triền năng lượng tái tạo. Như tác giả đã đề cập rõ ràng :

    “Tóm lại, hydro phân tử không phải là một nguồn năng lượng sơ cấp,”

    Tức là để có nhiên liệu Hydrogen cần tốt một lượng năng lượng khác khá lớn để sản xuất ra nó. Và câu hỏi là năng lượng này từ đâu ra? Nếu từ nguồn năng lượng tái tạo thì ổn nhưng nếu không phải thì cần xem xét nghiêm túc.

    Giống như là xe điện, không gây ô nhiễm, khói bụi, phát thải CO2 NHƯNG; NHƯNG câu hỏi nguồn điện cung cấp hay nạp điện cho acquy của xe điện đến từ đâu. Từ nguồn tái tạo hay là từ than đá, dầu mỏ.?

    Hay là phát triển điện nguyên tử để giảm phát thải CO2 NHƯNG NHƯNG lại NHƯNG câu hỏi năng lượng để xây dựng, vận hành thải bỏ nhà máy điện nguyên tử ở đâu ra???

    Cần rất tỉnh táo và phải consider tất cả các yếu tố liên quan

    Và đoạn:

    “Chúng ta thậm chí không thể chắc chắn rằng hydro là sạch. Trên thực tế, sạch hay bẩn còn phụ thuộc vào nguồn năng lượng được sử dụng để sản xuất ra nhiên liệu. Việc sử dụng hydro làm nhiên liệu được sản xuất từ khí mê-tan (methane) không có lợi khi xét tới ảnh hưởng môi trường, vì quá trình này thúc đẩy việc tạo ra cùng một lượng khí carbon dioxide vốn được tạo ra khi đốt khí mê-tan. Tương tự, chúng ta sẽ phải đối mặt với tất cả những vấn đề liên quan tới sử dụng năng lượng nguyên tử nếu chúng ta tạo ra hydro từ nguồn năng lượng này.”

    Tuy nhiên có một điểm lợi thế cho những nước yếu về công nghệ nghiên cứu cơ bản như các nước đang phát triển như VN là các nước Âu Mỹ đã và đang phát triển test nhiều với câu hỏi này rồi. Nhiệm vụ của ta là tỉnh táo, không học theo sai lầm của họ vì công nghệ mới nghe lúc nào cũng hay và sáng tạo

    Thích

  3. Cảm ơn Hằng đã giải thích điều này rất rõ. Giống như trong y học, có một thần dược cho một bệnh, nhưng câu hỏi vẫn là thần dược này sẽ tạo ra những side effects nào. Chữa một bệnh để có thêm 3 bệnh nặng khác thì còn tệ hơn.

    ANh vẫn nghĩ rằng năng lượng mặt trời và gió là hai nguồn năng lượng quan nhất cho tương lai loài người, chỉ vì chúng đã có đó hàng tỉ năm và sẽ có đó hàng tỉ năm nữa mà không hại ai. Thế giới nên chú tâm vào việc khai thác hai nguồn năng lượng này.

    Thích

Trả lời

Điền thông tin vào ô dưới đây hoặc nhấn vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s