Hydrogen and Fuel Cell

Friday, February 11, 2005

Trở ngại nào cho ô-tô chạy bằng hydro?


Nước là sản phẩm phụ duy nhất của xe ôtô chạy bằng hydro, không gây ô nhiễm. Tuy nhiên, hiện còn nhiều trở ngại làm mất tính hấp dẫn cũng như phổ biến của loại xe sạch này.



Ô-tô FCX chạy bằng hydro của Honda: Tiếp nhiên liệu ở đâu?

Con người đã mất hàng thập kỷ cùng nhiều nghìn tỷ đô-la để xây dựng đường ống, nhà máy lọc dầu cũng như các trạm xăng để cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện giao thông đường bộ. Nhiều chuyên gia cho rằng phải mất hàng chục năm nữa và nhiều tiền hơn mới tạo lập được một cơ sở hạ tầng cung cấp hydro tương đương. Trong khoảng thời gian chờ đợi đó, bạn sẽ làm gì để có nhiên liệu cho chiếc xe chạy bằng hydro của mình?

Chắc chắn bạn sẽ phải sử dụng những thứ sẵn có, tạt vào một cây xăng ven đường, bơm đầy bình nhiên liệu và sử dụng nhiên liệu hoá thạch đó để sản xuất hydro chạy ô-tô. Viễn cảnh này nghe có vẻ hơi thất vọng một chút song đó là cái người ta đang làm để tiến tới ''tương lai hydro''. Vào thời điểm hiện nay, hàng trăm triệu đô-la đang được đầu tư để giải quyết những vấn đề mà nhìn bề ngoài tưởng chừng như rất đơn giản. Hydro là nguyên tử nhỏ nhất trong mọi nguyên tử. Do vậy, có thể chứa một lượng lớn trong một không gian nhỏ. Tuy nhiên, một lượng lớn như vậy cũng không thể đáp ứng cái bạn cần.

Lý do: Nhiên liệu hóa thạch được sử dụng quá lâu và không cần nhiều để chạy một chiếc xe. Một gallon (4,54l) xăng tạo ra nhiều năng lượng hơn so với một thùng đầy hydro. Trên thực tế, chạy chiếc ô-tô trên một chặng đường 500km tiêu tốn nhiều hydro tới mức các nhà nghiên cứu đã từ bỏ ý tưởng nén khí hydro đủ để cung cấp năng lượng cho xe. Như vậy, vấn đề số một trên chặng đường tiến tới tương lai hydro là... dự trữ nó. Bạn phải dự trữ như thế nào để có đủ hydro đưa bạn tới nơi bạn muốn trong khi chưa có các trạm cung cấp ven đường?

Theo nhiều chuyên gia, câu trả lời chắc chắn là bạn chứa hydro dưới dạng rắn chứ không phải dạng khí. Các nhà khoa học đang nghiên cứu nhiều hợp chất hoá học khác nhau với tính năng giữ hydro sao cho vừa có thể giải phóng, vừa nạp được hydro. Mục đích là tạo ra một hợp chất rắn gồm ít nhất 7% hydro. Tuy nhiên, 93% khối lượng của hệ thống dự trữ sẽ là vật liệu không phục vụ mục đích nào khác ngoại trừ tích trữ hydro. Nó giống như sử dụng một viên gạch để giữ một hạt vàng vậy. Một chuyên gia tham gia nghiên cứu nhận xét: ''Đây là một thách thức thật sự''!

Vấn đề này sẽ mất một thời gian dài mới giải quyết được song có một cách khác để cung cấp đủ hydro cho ô-tô, ít nhất là trong thời điểm hiện tại: Xăng có thể được biến thành hydro, do đó mở đường cho một giai đoạn quá độ dẫn tới tương lai hydro. Giới khoa học hiện nghiên cứu ba cách khác nhau để tạo hydro từ xăng và đã đạt được những thành công đáng kể.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình dương, thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, đã tách thành công nguyên tử hydro khỏi phân tử nước và hydrocarbon (từ cả xăng và nhiên liệu diesel) để sản xuất khí hydro. Và họ có thể làm điều này nhanh chóng, do đó vượt qua được một rào cản để có thể làm cho nhiên liệu hydro trở nên hấp dẫn hơn. Giám đốc dự án Larry Pederson cho biết: ''Chúng tôi đã chứng minh tính khả thi của phương pháp này''. Biến nhiên liệu hoá thạch thành hydro ngay trong ô-tô được coi là cách tốt nhất khi chưa có các trạm tiếp hydro

Một rào cản nữa là công nghệ tạo nhiệt để khởi động quá trình sản xuất hydro. Người sử dụng xe hydro phải ngồi đợi chừng... 15 phút để làm ấm nó tới mức đủ để bắt đầu sản xuất hydro. Tuy nhiên, Pederson và đồng nghiệp đã chế tạo một thiết bị mới tên là ''máy cải tạo hơi nước'', có khả năng khởi động tiến trình biến xăng thành hydro trong vòng... 12 giây. Do vậy, ngay sau khi bạn thắt xong dây an toàn, bật radio, ô-tô của bạn đã sẵn sàng lăn bánh. Pederson cho biết: ''Mục tiêu mà Bộ Năng lượng đặt ra là 60 giây''. Vượt qua mốc đó nhiều lần là một chiến thắng về công nghệ, song hiện chưa có một ai khẳng định chiến thắng đó. Trước khi có thể làm điều đó, họ phải làm cho hệ thống có thể cung cấp đủ hydro cho một tế bào nhiên liệu 50KW. Tế bào nhiên liệu 50KW sẽ cung cấp điện cho một chiếc xe nhỏ.

Ngay cả khi đã vượt qua khó khăn trên thì chúng ta vẫn phải phụ thuộc vào... nhiên liệu hoá thạch. Theo Pederson, chúng ta sẽ không sớm thoát khỏi loại nhiên liệu này và nhiều phương tiện vận chuyển sẽ phải phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch trong hàng chục năm tới. Ông nói: ''Tôi không nghĩ là sẽ có những máy bay hoạt động nhờ vào một tế bào nhiên liệu hydro trong tương lai gần''. Tuy nhiên, sản xuất và sử dụng hydro cho ô-tô sẽ không phải là tương lai quá xa vời, đặc biệt với tư cách là những đơn vị năng lượng hỗ trợ.

Ô-tô của chúng ta đang cần ngày càng nhiều điện năng hơn để chạy các các thiết bị đi kèm. Biến một phần nhiên liệu hoá thạch của xe thành hydro để cung cấp cho một tế bào nhiên liệu có thể tạo ra một lượng lớn điện năng và tiết kiệm nhiều nhiên liệu hơn. Xe tải, sử dụng dầu diesel, hiện chạy không tải suốt đêm để làm mát ca-bin lái xe có thể sử dụng tế bào nhiên liệu hydro và giảm được nhiều chất thải. Do vậy, hydro có thể đóng vai trò ngày càng quan trọng trong những năm tới.

Tuy nhiên, sẽ cần có vài "phép màu" mới có thể đạt được mục tiêu mà Tổng thống Bush đặt ra trong thông điệp liên bang vào năm ngoái, khi nói rằng: ''Chiếc ô-tô đầu tiên được lái bởi một đứa trẻ sinh ra ngày nay có thể chạy bằng hydro và không gây ô nhiễm. Điều đó có thể xảy ra nếu công nghệ được đưa ra khỏi phòng thí nghiệm, tới phòng trưng bày ô-tô trong hai thập kỷ tới''.

Minh Sơn (Theo ABCNews)


Ôtô không cần xăng nhờ nhiên liệu hydro

Thế hệ tế bào nhiên liệu hydro hiệu quả và rẻ tiền hơn có thể biến mơ ước chế tạo ôtô xanh của các nhà môi trường thành hiện thực.




Ôtô chạy bằng hydro.

Tế bào này đang được công ty PolyFuel tại California chế tạo bằng cách sử dụng một loại màng làm từ polymer hydrocacbon chứ không phải màng truyền thống dựa trên Teflon. Màng có ý nghĩa quan trọng trong các tế bào nhiên liệu vì nó đóng vai trò phân tách hydro thành proton và electron rồi sau đó chỉ cho phép proton đi qua màng. Tiếp đến electron được chuyển qua một dây dẫn, tạo điện và sản phẩm phụ đơn nhất là nước.

Theo Jim Balcom, Giám đốc điều hành PolyFuel, màng là trái tim của tế bào nhiên liệu và chiếm một phần lớn tổng chi phí. Chi phí của màng truyền thống là một trở ngại lớn để giảm giá tế bào nhiên liệu sao cho nó khả thi về mặt thương mại đối với ôtô. ''Chúng ta muốn một giải pháp sao cho ôtô chạy bằng tế bào nhiên liệu có chi phí và khả năng tương tự ôtô ngày nay'' - ông nói.

Màng hydrocacbon dường như đẩy tế bào nhiên liệu tiến gần hơn tới những tiêu chuẩn đó và hiện có sự cạnh tranh để sản xuất chúng. Hãng Honda cũng đang phát triển tế bào nhiên liệu có màng hydrocacbon. Màng hydrocacbon hiệu quả hơn bởi proton trực tiếp đi qua màng. Trong khi đó, màng truyền thống là một bó sợi mà proton phải đi qua.

Ngoài ra, màng của PolyFuel có giá rẻ hơn nhiều so với màng truyền thống cũng như có các lợi thế khác. Balcom khẳng định, tế bào mới sản xuất điện cao hơn 10-15%, khỏe và cứng hơn. Nó có thể hoạt động ở nhiều nhiệt độ, từ 2 cho tới 95 độ C. Tuy nhiên, Scott Ehrenberg tại công ty Dais-Analytic cho rằng nếu màng hoạt động ở nhiệt độ quá gần điểm sôi của nước, có nguy cơ nước biến thành hơi, xé rách các lỗ trong màng.

Cũng có các rào cản khác để tế bào nhiên liệu hydro khả thi về mặt thương mại. Chẳng hạn con người phải xây dựng các điểm tiếp nhiên liệu hydro. Cần phải cải tiến công nghệ trữ hydro an toàn. Nếu có thể vượt qua những trở ngại này, tiềm năng của tế bào nhiên liệu hydro là khổng lồ khi có nhiều áp lực giảm thiểu khí thải nhà kính trong ngành vận tải.

Minh Sơn (Theo NewScientist)