Hiểu biết về Pin nhiên liệu hydrogen và ứng dụng của nó

Pin nhiên liệu
hydrogen
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
MỤC LỤC
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình điện phân và thu hydro.
Hình 1.2: Sơ đồ chuyển hóa hydro trực tiếp từ ánh sáng mặt trời.
Hình 1.3: Sơ đồ tam giác năng lượng của nền kinh tế hydro sử dụng năng lượng mặt
trời.
Hình 1.4: Khái quát sơ đồ tạo ra hydro sinh học bằng chất thải hữu cơ và rác thải nông
nghiệp.
Hình 1.5: Sơ đồ sản sinh hydro từ tảo xanh.
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của công nghệ sản xuất hydro từ chất hữu cơ như axit axetic
và xenlulô.
Hình 2.1 : Chiếc xe hơi sử dụng pin nhiên liệu hydro.
Hình 2.2 : Viễn cảnh năng lượng tương lai cho thế kỉ 21.
Hình 3.1: Ngọn lửa cháy của Hydrocacbon (mũi tên đỏ) và của Hydro (vòng xanh).
Hình 3.2: Thử nghiệm đám cháy xe chạy bằng Hydro (trái) và bằng xăng (phải).
Hình 3.3: Mô tả cấu tạo pin hydro.
Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động của pin hydro.
Hình 3.5: Sơ đồ pin khi hoạt động.
Hình3.6: Các loại pin hydro.
Hinh 3.7: Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu kiềm.
Hình 3.8: a) Tàu Con Thoi của NASA (Hoa Kỳ) sử dụng pin nhiên liệu Alkali để cung
cấp năng lượng và nước uống trong không gian; b) Chiếc taxi chạy bằng pin nhiên liệu
đầu tiên của ZEVCO ở London, Anh.
Hình 3.9: Sơ đồ hoạt động của pin PAFC.
Hình 3.10: Hoạt động của pin PEMFC.
Hình 4.1: Các phương pháp vận chuyển hydro.
Hình 4.2: Mô hình vận chuyển và lưu kho nhiên liệu Hydrogen.

Hình 4.3: Giản đồ pha của hydro.
Hình 4.4: Bình lưu trữ hydrua kim loại………
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
PHẦN 1
QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
Từ xa xưa, con người đều hướng tới việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa
thạch để phục vụ cho cuộc sống. Tuy nhiên, việc sử dụng các nguồn nhiên liệu đó đã
gây ra nhiều vấn đề đáng lo ngại, trữ lượng ngày càng cạn kiệt do sự khai thác không
mệt mỏi của con người, ô nhiễm ngày càng trầm trọng do những chất thải phát ra từ
việc khai thác sử dụng, việc khai thác cũng dẫn đến những biến đổi trong cấu trúc hệ
sinh thái trong môi trường (khai thác dầu mỏ, khai thác than đá…)
Ngày nay, nhiều nước phát triển trên thế giới đã bắt đầu hoạch định mục tiêu
hướng đến nền kinh tế hydro (hydrogen economy) trong chiến lược năng lượng của
mình, và một vấn đề quan trọng là pin nhiên liệu hydro. Vậy, pin nhiên liệu hydro là
gì? Nó hoạt động như thế nào? Lưu trữ hydro ra sao? Nền kinh tế hydro là gì? Nó đem
lại những lợi ích nào cho cuộc sống? Bài viết này sẽ cố gắng đưa ra một cái nhìn khái
quát về những vấn đề nói trên để cho thấy những nỗ lực của con người nhằm hướng
đến viễn cảnh năng lượng sạch và bền vững trong tương lai.
1.1. Từ nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch đến nền kinh tế hydro.
Thế giới chúng ta đang bị phụ thuộc nặng nề vào một nền kinh tế dựa trên nhiên
liệu hóa thạch. Nhiên liệu của đa số các phương tiện giao thông hiện tại (xe hơi, xe
lửa, máy bay…) là xăng dầu; một tỉ lệ khá cao các nhà máy điện là nhiệt điện dùng dầu
hỏa, khí thiên nhiên hay than đá. Nếu không có nhiên liệu hóa thạch, thế giới sẽ rơi
vào khủng hoảng.
Trong khi nhiên liệu hóa thạch đóng một vài trò quan trọng trong việc đưa xã
hội đến mức phát triển như ngày nay thì nó cũng tồn tại những vấn đề nhức nhối lớn: ô
nhiễm không khí, nguy hiểm và đáng lo ngại hơn cả là vấn đề biến đổi khí hậu toàn
cầu cùng với sự nóng lên của trái đất. Ngoài ra, nhiên liệu hóa thạch chỉ là nguồn tài

nguyên hữu hạn không thể được tái tạo, và nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch
còn làm cho một số nước không có nhiều tài nguyên sẽ bị phụ thuộc vào những nước
vốn có nguồn dầu dồi dào (dầu mỏ ở Trung Đông…), từ đó dẫn đến nhiều hệ lụy chính
trị và kinh tế khác, thậm chí cả những cuộc chiến tranh giành dầu mỏ.
5
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Giữa bối cảnh đó, khái niệm về một nền kinh tế hydro dựa trên nguồn năng
lượng sạch, dồi dào phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của nhân loại xuất hiện như
một giải pháp đầy hứa hẹn và tiềm năng. “Nền kinh tế hydro là một hệ thống lưu trữ,
phân phối và sử dụng năng lượng dựa trên nhiên liệu chính là hydro”. Thuật ngữ này
được tập đoàn General Motors đặt ra năm vào 1970. Nền kinh tế hydro hứa hẹn đẩy lùi
tất cả những vấn đề đáng lo ngại do nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch đã gây
ra.
Một cách tóm tắt, những lợi ích chính của nền kinh tế hydro là:
- Không gây ô nhiễm: khí hydro được sử dụng trong pin nhiên liệu, nó là một
công nghệ hoàn toàn sạch. Sản phẩm duy nhất sinh ra là nước, do đó sẽ không gây ra ô
nhiễm.
- Không thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính: quá trình điện phân nước tạo hydro
không hề tạo nên khí nhà kính nào. Đó là một quá trình lý tưởng và hoàn hảo: điện
phân nước để thu hydro, hydro lại tái kết hợp với oxy để tạo ra nước và cung cấp điện
năng trong pin nhiên liệu.
- Không phụ thuộc về kinh tế: không dùng dầu mỏ cũng có nghĩa là không phải
phụ thuộc vào các thùng dầu nhập khẩu từ nước ngoài. Nước có ở tất cả mọi nơi, là
nguồn năng lượng vô tận, chiếm đến 3/4 bề mặt trái đất.
- Hydro có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau: nhất là từ các nguồn
năng lượng tái sinh.
Như vậy, những lợi ích về mặt môi trường, kinh tế và xã hội của hydro là rất
đáng kể. Tất cả những thế mạnh đó đã tạo nên một bước đột phá mạnh mẽ hướng nhân
loại tiến đến nền kinh tế hydro.
1.2. Sản xuất hydrogen.

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất, cấu thành đến 90% vật chất của vũ trụ (75%
theo trọng lượng). Mặt Trời, hầu hết các ngôi sao và một số hành tinh như Jupiter (sao
Mộc - hành tinh lớn nhất Thái Dương hệ) được tạo nên chủ yếu bởi hydro. Phản ứng
tổng hợp hạt nhân giữa các đồng vị của hydro - deuterium và tritium đã cung cấp
nguồn năng lượng khổng lồ cho mặt trời và các ngôi sao, nhờ đó duy trì sự sống.
Hydro là thành viên nhỏ nhất và có cấu trúc đơn giản nhất trong gia đình các
nguyên tố hóa học, chỉ gồm một proton và một electron. Phân tử hydro chứa hai
6
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
nguyên tử hydro, là khí không màu, không mùi, không vị, rất dễ cháy. Hydro có trọng
lượng nhỏ nhất trong các loại khí và hydro dạng nguyên chất gần như không tồn tại
trong tự nhiên.
Trên Trái Đất, hydro phần lớn ở dạng kết hợp với oxy trong nước, hay với
cacbon và các nguyên tố khác trong vô số các hợp chất hữu cơ tạo nên cơ thể mọi loài
động thực vật. Khác với các nguồn nhiên liệu hóa thạch (ví dụ như dầu mỏ có thể bơm
trực tiếp từ lòng đất lên rồi sử dụng), hydro là nguồn năng lượng thứ cấp, tức là chúng
không thể được khai thác trực tiếp mà phải được tạo ra từ một nguồn sơ cấp ban đầu.
Điều này là một điểm bất lợi, nhưng đồng thời lại là điểm mạnh của hydro do người ta
có thể sản xuất khí hydro từ nhiều nguồn khác nhau, đặc biệt từ các nguồn năng lượng
tái sinh.
Có ba phương pháp cơ bản tạo ra hydro:
+ Phương pháp chuyển hóa từ hydrocacbon (nhiên liệu hóa thạch, sinh khối)
bằng nhiệt.
+ Phương pháp phân hủy nước.
+ Phương pháp vi sinh.
1.2.1. Phương pháp khí hóa từ hydrocacbon.
1.2.1.1. Khí hóa khí thiên nhiên.
Quá trình này gồm hai bước chính:
Trước hết, khí thiên nhiên (với thành phần chủ yếu là CH
4

) được tách cacbon và
chuyển hóa thành H
2
nhờ hơi nước dạng hơi quá nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác ở nhiệt
độ khoảng 900
o
C.
CH
4
+ H
2
O → CO + 3 H
2
CO sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước chuyển hóa thành khí CO
2
và tạo ra thêm khí H
2
.
CO + H
2
O → CO
2
+ H
2
Đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydrogen.
1.2.1.2. Khí hóa than đá.
Than đá được nghiền thành dạng bột rồi hòa trộn với nước. Phản ứng được tiến
hành ở khoảng 1400
o
C với O

2
hay không khí, tạo ra hỗn hợp gồm H
2
và CO. CO sinh
7
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước chuyển hóa thành khí CO
2
và tạo ra thêm
khí H
2
.
* Nhược điểm của 2 phương pháp trên:
- Sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch.
- Sản phẩm sinh ra khí CO và CO
2
- khí gây hiệu ứng nhà kính.
- Điều kiện phản ứng khá khắc nghiệt, tổn hao nhiêu liệu lớn.
Do vậy, các phương pháp này chỉ để cung cấp nguyên liệu cho các sản xuất hóa
chất, sản xuất phân bón…, không phải là phương pháp tạo ra năng lượng sạch mà
chúng ta quan tâm.
Tuy vậy, phương pháp sản xuất khí hydrogen từ nhiên liệu hóa thạch đã và sẽ
còn chiếm ưu thế trong tương lai gần. Lý do chính yếu là do trữ lượng nhiên liệu hóa
thạch còn tương đối dồi dào, nhất là đối với khí thiên nhiên. Hơn nữa, chúng ta có thể
thu hồi CO
2
để hạn chế tác động của nó đến môi trường.
1.2.1.3. Khí hóa sinh khối.
Sinh khối (thực vật, rác thải nông nghiệp và đô thị ) có thể được sử dụng để
sản xuất hydrogen. Đầu tiên, sinh khối được chuyển thành dạng khí qua quá trình khí

hóa ở nhiệt độ cao có tạo ra hơi nước. Hơi nước chứa hydrogen được ngưng tụ và sau
đó có thể được hóa nhiệt để sinh ra H
2
. Quá trình này thường tạo ra sản lượng H
2
khoảng từ 12-17% trọng lượng hydrogen của sinh khối.
* Ưu điểm:
- Không sử dụng những nguồn nguyên liệu hóa thạch.
- Tận dụng được nguồn chất thải sinh học, rác thải… là những nguồn có thể coi
là vô tận.
* Nhược điểm:
Quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao có thể sinh ra CO
2
và các khí gây ô nhiễm môi
trường.
1.2.2. Phân hủy nước.
Phương pháp này là phương pháp được tập trung khai thác nhiều nhất bởi vì nó
sử dụng nguồn năng lượng vô tận là nước.
Dựa trên bản chất quá trình phân hủy nước, có thể tóm tắt thành 2 phương pháp
để sản sinh H
2
như sau:
8
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
1.2.2.1. Điện phân nước.
Phương pháp này dùng dòng điện để tách nước thành khí H
2
và O
2
. Quá trình

gồm hai phản ứng xảy ra ở hai điện cực. H
2
sinh ra ở điện cực âm và O
2
sinh ra ở điện
cực dương:
Phản ứng trên cathode: 2 H
2
O + 2 e
-
→ H
2
+ 2 OH
-
Phản ứng trên anode: 2 OH
-
- 2 e
-
→ H
2
O + ½ O
2
__________________________________________________
Tổng quát: 2 H
2
O + điện năng → 2 H
2
+ O
2
Nguồn năng lượng để tạo ra điện năng đang được quan tâm nghiên cứu và được

ứng dụng rộng rãi là sử dụng năng lượng mặt trời (bằng các pin mặt trời, chất bán
dẫn…), thủy điện, năng lượng gió để tạo ra điện năng. Sau đó, dòng điện sẽ được cung
cấp để điện phân nước sản sinh H
2
.
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình điện phân và thu hydro.
* Ưu điểm:
- Không gây ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính.
- Nguồn nguyên liệu vô tận (nước).
- Nguồn năng lượng tạo ra điện năng là vô tận, không sử dụng nguồn nhiên liệu
hóa thạch.
9
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
1.2.2.2. Phân hủy nước dưới ánh sáng mặt trời có xúc tác.
Đây là phương pháp sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng từ mặt trời, nhờ quá
trình tập trung năng lượng đến nhiệt độ cao để phân hủy nước có mặt của xúc tác, tạo
ra hydro.
Các nhà khoa học thuộc trường đại học Colorado (Mỹ) sử dụng hàng loạt các
tấm gương cầu để tập trung ánh sáng mặt trời vào một tháp nước cao hàng chục mét.
Tháp này sẽ được đốt nóng tới khoảng 1350
o
C, đủ nóng để giải phóng hydro với xúc
tác là một hợp chất oxit kim loại (Fe, Co, Al).
Hình 1.2: Sơ đồ chuyển hóa hydro trực tiếp từ ánh sáng mặt trời.
Đây là phương pháp được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và phát
triển.
* Ưu điểm:
- Không gây ô nhiễm.
- Sử dụng nguồn năng lượng vô tận là mặt trời.
- H

2
được chuyển hóa trực tiếp từ nước dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời,
không qua quá trình sử dụng điện năng để điện phân nước. Do đó, tiết kiệm chi phí
vận hành.
- Quy trình đơn giản, dễ vận hành.
Hai phương pháp này được khái quát thành một sơ đồ tam giác, đặc trưng cho
việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để sản sinh hydro.
10
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Hình 1.3: Sơ đồ tam giác năng lượng của nền kinh tế hydro sử dụng năng lượng mặt trời.
Với đặc điểm sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh và không gây ra bất cứ lo
ngại nào về ô nhiễm nên cả hai phương pháp nêu trên đóng vai trò là nền tảng của nền
kinh tế hydro.
1.2.3. Phương pháp vi sinh.
Một số tảo và vi khuẩn có thể sản sinh ra hydrogen quá trình trao đổi chất của
chúng. Các sinh vật này thường sống trong nước, phân tách nước thành khí hydro và
oxy. Hiện tại, đã có một số công trình nghiên cứu được công bố cho thấy những tín
hiệu khả quan về việc tạo ra hydro bằng phương pháp vi sinh.
Các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia Canada (CNRC) đã
sản xuất được H
2
từ các chất thải hữu cơ và từ các chất thải nông nghiệp bằng phương
pháp lên men, không thải ra khí hiệu ứng nhà kính. H
2
tạo ra được gọi là hydro sinh
học.
Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của phương pháp khí hóa sinh
khối đã nói ở trên. Đây cũng là một phương pháp khá triển vọng để tạo ra hydro trong
tương lai, vừa xử lý rác thải và tạo ra hydro cung cấp cho các pin nhiên liệu.
11

Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Hình 1.4: Khái quát sơ đồ tạo ra hydro sinh học bằng chất thải hữu cơ và rác thải nông nghiệp.
Một phương pháp khác được sử dụng để sản xuất hydro từ ánh sáng mặt trời là
sử dụng quá trình quang hợp của vi sinh vật để phân tách nước thành các ion hydro
(H+) và electron (điện tử). Các ion hydro sau đó kết hợp thành khí hydro và các vi sinh
vật được sử dụng gọi là hydrogenases. Tảo xanh có khả năng sử dụng năng lượng mặt
trời thông qua quá trình quang hợp để sản xuất hydro. Một nhóm các nhà nghiên cứu
tại Đại học Uppsala - Thụy Điển đã nghiên cứu chi tiết cách Photosystem II (một loại
enzym có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để phân tách nước) hoạt động trong hai chủng
tảo xanh khác nhau bằng cách đo chính xác số lượng và tính năng của Photosystem II
thay đổi trong các điều kiện khác nhau và họ thấy rằng, phần lớn năng lượng được hấp
thụ bởi Photosystem II chuyển đổi vào quá trình sản xuất hydro. Hiệu suất của quá
trình chuyển hóa này là 80%.
Hình 1.5: Sơ đồ sản sinh hydro từ tảo xanh.
Các nhà khoa học tại Trường Đại học Penn State University (Mỹ) đã nghiên
cứu thành công việc tạo ra hydro từ các chất hữu cơ như axit axetic và xenlulô. Theo
12
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
đó, các nhà nghiên cứu đã nuôi vi khuẩn trong một buồng phản ứng yếm khí được thiết
kế đặc biệt: một lò phản ứng vi sinh được hỗ trợ bằng điện hóa sinh mà họ gọi là
BEAMR. Lò phản ứng này gồm có 2 ngăn: ngăn thứ nhất chứa cực dương hút các ion
âm làm bằng cực than chì, ngăn thứ hai có chứa cực âm làm bằng than có trộn thêm
bạch kim làm chất xúc tác để thu hút các ion dương. Một màng trao đổi ion được đặt
giữa để ngăn cách hai ngăn phản ứng trên. Sử dụng một dây điện kết nối 2 điện cực
trên với một nguồn điện nhỏ bên ngoài (khoảng 0.2V).
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của công nghệ sản xuất hydro từ chất hữu
cơ như axit axetic và xenlulô.
Các nhà khoa học sau đó đưa vào buồng phản ứng vi sinh một loạt chất gồm
axit axetic và xenlulô. Họ nhận thấy rằng, khi vi khuẩn được tiếp thức ăn, buồng phản
ứng sẽ giải phóng các hạt proton và các hạt electron. Các hạt electron nhanh chóng bị

hút vào anốt trong khi các hạt proton vượt qua màng trao đổi ion để đến với cực âm
catốt. Tại đây xảy ra quá trình giải phóng khí hydro. Khí hydro sẽ được thu vào trong
một đường ống.
Toàn bộ quá trình trên đã tạo ra năng lượng lớn hơn 288% so với điện năng sử
dụng để tạo ra phản ứng sinh hóa. Các nhà khoa học này ước tính, so với phương pháp
điện phân truyền thống thường chỉ đạt hiệu suất 60% thì hệ thống BEAMR đạt được
hiệu suất tới 82%.
* Ưu điểm:
- Sử dụng các nguồn vi sinh vật tự nhiên.
- Tận dụng các nguồn thức ăn thừa, các nguồn thực vật, rác thải trong tự nhiên.
13
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
- Không gây ô nhiễm môi trường.
- Kết hợp xử lý ô nhiễm môi trường với tạo ra nguồn năng lượng hydro dồi dào
trong các pin nhiên liệu.
Nhờ các ưu điểm trên mà phương pháp vi sinh vẫn đang thu hút được nhiều sự
quan tâm nghiên cứu. Nó được xem là một phương pháp quan trọng cấu thành nền
kinh tế hydro bên cạnh phương pháp phân hủy nước bằng các nguồn năng lượng vô
tận.
14
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
PHẦN 2
LỢI ÍCH HYDROGEN – NỀN KINH TẾ HYDROGEN
“Tôi tin rằng một ngày nào đó, nước sẽ được sử dụng như nhiên liệu, rằng
hydrogen và oxy, hai thành phần tạo nên nước, được sử dụng đơn lẻ hay kết hợp, sẽ
cung cấp một nguồn nhiệt và ánh sáng vô tận với mức độ mà than đá không thể so
sánh được. Tôi tin rằng khi các mỏ than cạn kiệt, chúng ta sẽ sưởi ấm mình nhờ năng
lượng từ nước. Nước sẽ là “than đá” của tương lai”. Jules Vernes (1874).
Hơn một trăm năm trước, Jules Verne trong cuốn tiểu thuyết viễn tưởng “Hòn
đảo huyền bí” đã từng dự báo rằng nước sẽ là nguồn năng lượng của tương lai, giống

như than đá đang thịnh hành thời bấy giờ vậy. Từ đó, một ý niệm đã được gợi mở,
thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học về một nguồn năng lượng lý tưởng, sạch
và gần như vô tận cho con người: nước và một thành phần của nó, hydrogen.
Ngày nay, điều tiên đoán năm xưa đang dần trở thành hiện thực khi nhiều
nước phát triển trên thế giới đã bắt đầu hoạch định mục tiêu hướng đến nền kinh tế
hydrogen (hydrogen economy) trong chiến lược năng lượng của mình.
2.1. Hydrogen – nguồn nhiên liệu mới.
Ngày nay, cộng đồng quốc tế đã nhận ra hydrogen là một thành phần chủ
chốt cho hệ thống năng lượng sạch và bền vững. Năng lượng hydrogen không còn
là ý tưởng mơ hồ hoặc viễn tưởng khoa học mà nó đang là hiện thực hóa.
Hydrogen là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố
với nguyên tử bằng 1. Ở trạng thái tự do và trong các điều kiện bình thường,
hydrogen không màu, không mùi và không vị, tỉ trọng bằng 1/14 tỉ trọng của
không khí. Hydrogen khi cháy trong không khí giới hạn từ 4-75% thể tích. Nhiệt
độ cháy của hydrogen cao nhất đạt được 2.318 °C ở nồng độ 29% thể tích, nếu
cháy trong ôxy nhiệt độ có thể lên đến 3.000 °C, cao nhất so với tất cả các loại
khí khác như khí Methane (CH4) đạt 2.148 °C, propane (C3H8) đạt 2.385 °C.
Với các đặc tính này, hydrogen sẽ là một nguồn nhiên liệu quan trọng trong
tương lai, phục vụ cho nhu cầu năng lượng của con người. Bởi hydrogen là một
loại nhiên liệu tái sinh, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm, không phát
15
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính, hydrogen khi cháy rất “sạch” phản ứng cháy
của hydrogen chỉ tạo ra nước.
Hình 2.1 : Chiếc xe hơi sử dụng pin nhiên liệu hydro.
Hydrogen là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo nên khoảng 75% tổng
khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên tử. Trên trái đất, hydrogen phần
lớn ở dạng kết hợp với oxygen trong nước hay với carbon và các nguyên tố khác
trong vô số các hợp chất hữu cơ tạo nên cơ thể mọi loài động, thực vật. Người ta
có thể sản xuất hydrogen từ nhiều nguồn khác nhau như: hóa nhiệt nhiên liệu

hydrocarbon với các phương pháp hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước, khí hóa
hydrocarbon nặng hoặc khí hóa sinh khối và nhiệt phân; Điện phân nước, phương
pháp này dùng dòng điện để tách nước thành khí hydrogen và oxygen và phương
pháp sinh học.
2.2. Ứng dụng của hydrogen.
Hydrogen sử dụng làm nhiên liệu động cơ: Khi dùng làm nhiên liệu,
hydrogen có thể được đốt trực tiếp trong các động cơ đốt trong, tương tự như
trong các loại phương tiện giao thông chạy bằng nhiên liệu hóa thạch phổ biến
hiện nay. Hydrogen cũng có thể thay thế khí thiên nhiên để cung cấp năng lượng
cho các nhu cầu dân dụng hàng ngày như đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng…
Hydrogen sử dụng trong pin nhiên liệu: Nó còn được sử dụng làm nguồn
năng lượng cung cấp cho hệ thống pin nhiên liệu, nhờ quá trình điện hóa để tạo ra
16
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
điện năng. Bên cạnh những ưu điểm của hydrogen như đã nêu (sạch, tái sinh…),
pin nhiên liệu còn chạy rất êm, không gây ra tiếng động, chấn động như động cơ
đốt trong. Do dựa trên cơ chế của quá trình điện hóa tạo ra điện năng chứ không
phải quá trình đốt như ở động cơ đốt trong, pin nhiên liệu còn đạt hiệu suất sử
dụng cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong, vì thế mà tiết kiệm năng lượng hơn.
Với những ưu thế vượt trội đó, pin nhiên liệu đang ngày càng được quan tâm và
dự đoán sẽ trở nên nguồn nhiên liệu đầy triển vọng, một thành phần chủ chốt của
nền kinh tế hydrogen trong viễn cảnh tương lai.
Ngày nay, cộng đồng quốc tế đã nhận ra hydrogen là một thành phần chủ
chốt cho hệ thống năng lượng sạch và bền vững. Năng lượng hydrogen không còn
là ý tưởng mơ hồ hoặc viễn tưởng khoa học mà nó đang là hiện thực hóa.
Năm 1960, Công ty General Electric đã sản xuất hệ thống cung cấp điện
bằng pin nhiên liệu hydrogen cho tàu Apollo của NASA, sau đó sử dụng cho tàu
Apollo-Soyuz, Skylab và các tàu con thoi (Space Shuttle). Ngày nay, điện năng
trong các tàu con thoi và trạm nghiên cứu không gian của NASA đều được các
pin nhiên liệu hydrogen cung cấp.

Năm 2003 Tổng thống G.Bush đã công bố một chương trình được gọi là
“Sáng kiến nhiên liệu hydro” (Hydrogen Fuel Initiative) với quyết định giành 1,2
tỉ USD cho nghiên cứu và phát triển nhằm mục tiêu đến năm 2020 ôtô chạy bằng
pin nhiên liệu hydrogen phải triển khai thương mại hóa thành công vào thực tế.
Ở châu Á, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan… đều có chương
trình nghiên cứu phục vụ cho nền kinh tế hydrogen tương lai đã và đang thu được
kết quả rất khả quan. Còn ở Việt Nam, chưa có chương trình quốc gia trọng điểm
nào liên quan đến năng lượng hydrogen chuẩn bị cho thời kỳ “hậu hóa thạch”.
Xét trong chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến
năm 2050 chủ yếu phát triển năng lượng như điện, than, dầu khí… Xu hướng lựa
chọn nguồn năng lượng hạt nhân để phát triển thành nguồn năng lượng chính.
Nên chăng ngay từ bây giờ các nhà hoạch định năng lượng quốc gia cũng cần lưu
ý đến nguồn năng lượng sạch hydrogen, có chính sách đầu tư nghiên cứu phát
triển nguồn nhiên liệu đầy triển vọng này.
17
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
2.3. Viễn cảnh nền kinh tế hydrogen.
Chúng ta đang đứng trên ngưỡng cửa của buổi giao thời trọng đại, chuyển tiếp
sang một thời kì năng lượng mới đa dạng hóa hơn. Cộng đồng quốc tế đã nhận ra
hydrogen là một thành phần chủ chốt cho một hệ thống năng lượng sạch và bền vững.
Hydrogen sẽ là chất mang năng lượng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ phát điện,
đến vận tải, công nghiệp, dân dụng và thương mại. Trong tương lai, khi công nghệ đã
hoàn thiện dần, hydrogen sẽ được sản xuất chủ yếu từ các công nghệ sạch như điện
phân từ các nguồn tái tạo, hay chuyển hóa nhiệt từ các nguyên liệu hóa thạch ban đầu
nhưng cùng với kỹ thuật thu hồi carbon. Hydrogen có thể được lưu trữ, chuyên chở
bằng các phương tiện vận tải hay trong các đường ống dẫn khí, và được sử dụng trong
pin nhiên liệu, động cơ, để tạo ra dòng điện mà không thải khí ô nhiễm và chỉ có nước
là sản phẩm phụ chủ yếu.
Hình 2.2 : Viễn cảnh năng lượng tương lai cho thế kỉ 21. Nền kinh tế hydrogen như là một hệ thống các
nguồn năng lượng liên kết với nhiều dạng ứng dụng phong phú thông qua hydrogen với vai trò chất mang

năng lượng (chuyên chở năng lượng). Hydrogen làm cho việc sản xuất và sử dụng năng lượng được linh
hoạt, đa dạng bởi nó có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau từ nhiên liệu hóa thạch, hạt nhân, đến
năng lượng tái sinh.
18
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Trước mắt và trong tương lai gần, hydrogen hầu như sẽ được sản xuất từ khí
thiên nhiên bằng công nghệ chuyển hóa nhiệt quen thuộc. Các công nghệ còn đang
trong giai đoạn hoàn thiện và phát triển dần hiện nay như sản xuất hydrogen bằng
điện phân dùng năng lượng tái tạo, hay trực tiếp từ phương pháp quang sinh học, cùng
với công nghệ than sạch… Tất cả sẽ ngày càng trở nên “chi phí – hiệu quả” hơn và
góp phần hình thành một hệ thống sản xuất hydrogen nội địa đa dạng phong phú. Một
trong những thế mạnh của hydrogen chính là ở chỗ nó có thể sản xuất được từ nhiều
nguồn như vậy. Mỗi khu vực, tùy điều kiện của mình có thể có những cách kết hợp
các nguồn khác nhau để tạo ra hydrogen. Cơ sở hạ tầng cho hệ thống lưu trữ, phân
phối hydrogen cần được xây dựng dần. Nó có thể dựa trên những công nghệ tiên tiến
về xây dựng đường ống dẫn dầu khí hiện tại.
Chúng ta có thể sử dụng hydrogen trong các động cơ đốt trong, tương tự như
các động cơ trong các phương tiện giao thông dùng xăng dầu hiện nay, chỉ với một số
thay đổi nhỏ về cấu trúc. Hydrogen cháy sạch hơn (không thải, sản phầm phụ chỉ là
nước) và hiệu quả hơn xăng dầu thông thường, do đó các động cơ đốt trong dùng
hydrogen đã và đang dần trở thành hiện thực trong bước chuyển tiếp công nghệ này.
Quan trọng hơn, đó là ứng dụng của hydrogen làm nhiên liệu cho pin nhiên liệu,
một công nghệ đầy triển vọng trong tương lai. Về cơ bản, pin nhiên liệu hydrogen vận
hành tương tự như quá trình nghịch của phản ứng điện phân: khí hydrogenvà oxygen
từ không khí kết hợp với nhau trong một phản ứng điện hóa có xúc tác để tạo nên
dòng điện và nước sinh ra tinh khiết đến nỗi có thể uống được. Bên cạnh ưu điểm là
không thải khí ô nhiễm, pin nhiên liệu còn vận hành êm ả, không gây chấn động hay
tiếng động và có thể đạt được hiệu suất cao gấp hai đến ba lần động cơ đốt trong. Pin
nhiên liệu còn có thể được kết nối từ nhiều module khác nhau nên có thể tạo được
công suất đầu ra linh hoạt như ý muốn. Hơn nữa, pin nhiên liệu cũng có nhiều loại,

nên nó có thể có nhiều kiểu ứng dụng phong phú khác nhau, từ các ứng dụng di động
nhỏ như laptop - máy tính xách tay (50- 100 W) hay đến cả các trạm phát điện lớn với
công suất cả trăm MW (1-200 MW). Một khi những công nghệ pin nhiên liệu trở nên
hoàn thiện, chúng có thế được sản xuất và ứng dụng trực tiếp ngay trong các hộ gia
đình, các thiết bị văn phòng, công nghiệp. Mặc dù tiềm năng pin nhiên liệu có thể
phục vụ cho gần như mọi mặt của nền kinh tế, hiện tại, nó vẫn còn tương đối đắt đỏ
19
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
so với động cơ đốt trong thông thường. Pin nhiên liệu cần phát triển hơn nữa, nâng
cao độ bền và giảm giá thành để có thể ứng dụng rộng rãi trên thực tế.
Bước chuyển tiếp sang nền kinh tế hydrogen sẽ cần có thời gian và phải trải qua
nhiều giai đoạn. Các giai đoạn được xác định bởi những tiến bộ về công nghệ và sự
chấp nhận của thị trường. Thêm vào đó, việc giáo dục về an toàn hydrogen cũng cần
được nỗ lực xúc tiến để đảm bảo và thuyết phục cộng đồng sẵn sàng cho hydrogen
ngày càng trở nên phổ biến hơn. Nhà nước - chính phủ, công nghiệp và cộng đồng, tất
cả sẽ đóng những vai trò quan trọng quyết định.
Nhà nước sẽ là người hỗ trợ chính cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ,
cũng như trong việc phát triển các quy định luật pháp và tiêu chuẩn an toàn cho việc
sử dụng hydrogen. Nhà nước cũng có thể sử dụng chính sách kích thích thị trường và
khuyến khích các công nghệ năng lượng hydrogen. Vai trò của nền công nghiệp là xác
định khi nào các công nghệ đã sẵn sàng cho bước chuyển tiếp vào thị trường, và thiết
lập nên cơ sở sản xuất để cung cấp các thành phần của công nghệ. Công nghiệp cùng
với cộng đồng, sẽ xác định những đòi hỏi của người tiêu dùng và sự chấp nhận của thị
trường đối với các công nghệ này.
Bước chuyển tiếp sẽ đòi hỏi những nỗ lực đầu tư đáng kể ban đầu. Tuy nhiên,
kết quả đạt được sẽ là một nền kinh tế ổn định và bền vững, sử dụng những nguồn tài
nguyên tái tạo được sẵn có của địa phương để cung cấp nguồn điện năng và nhiên liệu
sạch đáp ứng cho các nhu cầu năng lượng của chúng ta.
2.4. Những khó khăn khi sử dụng nhiên liệu hydro.
2.4.1. Trở ngại trong quá trình sản xuất hydro.

Hydro chỉ tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chất (nước hoặc hydro cacbon). Để
có được hydro, người ta phải tách nó ra bằng một số quá trình lý -hoá (điện phân hydro
từ nước). Năng lượng để thực hiện việc điện phân hiện nay do các nhà máy điện cung
cấp. Phần lớn các nhà máy điện thì lại hoạt động bằng các nhiên liệu lấy từ mỏ. Như
vậy, việc sử dụng hydro bản thân nó không gây hiệu ứng nhà kính nhưng việc tạo ra
hydro để sử dụng thì vẫn để lại hậu quả này. Chúng ta chỉ thực sự khai thác hydro một
cách hiệu quả nếu như có thể tạo ra nó hoàn toàn bằng các nguồn năng lượng sạch
khác. Đây là một vấn đề hoàn toàn không đơn giản. Chỉ có một vài quốc gia như
20
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Iceland, với hơn 72% điện năng được sản xuất từ các nhà máy thủy điện và trung tâm
khai thác địa nhiệt mới có thể chủ động trong việc tạo ra hydro một cách an toàn. Còn
đa số các nước khác, với phần lớn nguồn cung cấp điện năng vẫn dựa vào vào nhiên
liệu mỏ hoặc các lò phản ứng hạt nhân thì mục tiêu này có lẽ còn ở quá xa và đòi hỏi
những khoản đầu tư ban đầu vô cùng lớn.
2.4.2.Giá cả của việc sản xuất hydro.
Hydro có thể được sản xuất bằng một số cách phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu.
Thêm vào đó, việc thiết kế các hệ thống năng lượng hydro đặc trưng cho từng vị trí,
phụ thuộc vào loại nhu cầu, giá cả năng lượng và sự sẵn có của những nguồn năng
lượng thứ cấp. Một phân tích điển hình cho giá sản xuất và phân phối hydro từ những
nguồn khác nhau được nêu trong bảng sau :
Bảng 2.1 : Ước tính giá thành sản xuất, vận chuyển và phân phối hydrogen từ các nguồn khác nhau.
Ghi chú : Năng lượng của 1kg hydrogen bằng xấp xỉ năng lượng của 1gal. xăng.
a
Hydrogen lỏng từ bể chứa.
b
Hydrogen lỏng từ trạm nhiên liệu.
Mục tiêu tương lai là giảm giá thành sản xuất hydro từ khí thiên nhiên xuống
còn $2,0/gge (đã phân phối) vào năm 2015 và khí hóa sinh khối còn $1,1/gge tại nhà
máy và $2,1/gge (đã phân phối). Chu trình tách nước sử dụng nhiệt độ cao, năng lượng

Mặt trời vẫn trong giai đoạn nghiên cứu.
Để cạnh tranh được với động cơ đốt trong sử dụng xăng và nhiên liệu kép, giá
của hydro được ước đoán phải đạt đến $2-3/gge (chưa đánh thuế) tại nhà phân phối.
Mục cuối cùng cho tất cả các công nghệ sản xuất hydro đang được nghiên cứu là giá
21
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
của hydro sẽ có tính cạnh tranh về mặt vận tải trên cơ sở từ khi bắt đầu sản xuất đến
khi sử dụng bất chấp kể phương pháp sản xuất được sử dụng.
Người ta ước tính rằng vào năm 2040, thế giới hàng năm sẽ cần đến 150 triệu
tấn hydro. Để đáp ứng nhu cầu này chỉ từ khí thiên nhiên, cần đến khoảng 0,43 triệu
m
3
khí hàng năm và tiêu tốn khoảng 1 nghìn tỉ đô la. Nếu nhu cầu chỉ được đáp ứng
bởi năng lượng hạt nhân, sẽ cần đến 240000 tấn uranium chưa làm giàu và khoảng
2000 nhà máy năng lượng công suất 600 MW, tiêu tốn 840 tỉ đô la. Trong trường hợp
của năng lượng Mặt trời, sẽ cần đến 113 tỉ các hệ thống 40 kWh với 2500 kWh năng
lượng Mặt trời/m
2
, tiêu tốn 22 nghìn tỉ đô la. Trong trường hợp của năng lượng gió 1
triệu turbin gió công suất 2 MW và vận tốc gói trung bình cần có là 7 m/s, tiêu tốn 3
nghìn tỉ đô la. Trong trường hợp của năng lượng sinh khối, sẽ cần đến 1,5 tỉ tấn sinh
khối khô, tức là cần 113,4 mẫu vuông đất canh tác, và sau đó cần khoảng 3300 nhà
máy sản xuất hydro, tiêu tốn 565 tỉ đô la để xây dựng. Tương tự, viễn cảnh của than sẽ
cần 1 tỉ tấn than mỗi năm, khoảng 1000 nhà máy khí hóa/ steam reforming công suất
275 MW, tiêu tốn khoảng 500 tỉ đô la.
Theo một nghiên cứu của Ogden, giá phân phối của hydro thay khoảng $11-25/GJ
tùy thuộc công nghệ sử dụng. Bởi vì hydro có thể được sử dụng hiệu quả hơn xăng
trong các xe hơi chạy pin nhiên liệu, giá nhiên liệu tính cho mỗi kilomet là có thể so
sánh được. Giá của việc cung cấp hydro có thể được giảm thiểu nếu những nghiên cứu
và nổ lực hiện tại thành công.

2.4.3. Tính hiệu quả trong quá trình sử dụng hydrogen.
Một vấn đề khác là tính hiệu quả của hydro trong quá trình sử dụng, đặc biệt là
đối với ngành giao thông vận tải. Để một chiếc xe chạy bằng hydro có thể đi hết quãng
đường tối thiểu là 500 km giữa hai lần nạp nhiên liệu (một điều bình thường đối với
các xe chạy xăng), người ta sẽ phải nén hydro ở một áp suất cực lớn, khoảng hơn 700
kg trên 1cm vuông. Nhưng ngay cả ở áp suất này, xe chạy bằng hyđrô cũng vẫn sẽ cần
một bình chứa nhiên liệu lớn gấp bốn lần so với bình xăng ở xe bình thường. Hydro
lỏng có hiệu quả cao hơn.
Người ta đã từng cho chạy thử nghiệm những chiếc xe của hãng GM trên quãng
đường 400km mà chỉ cần bình chứa lớn gấp hai lần xe chạy xăng. Tuy nhiên, những
chiếc xe sử dụng hydro lỏng phải được chạy hàng ngày để giữ cho hydro ở nhiệt độ
22
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
lạnh -253 độ C, nếu không, hydro lỏng sẽ tự bay hơi hết. Điều đó có nghĩa là nếu một
người đậu xe trong bãi hoặc gửi ở sân bay vài ngày thì khi lấy xe, anh ta sẽ phải tìm
cách nạp ở đâu đó một bình nhiên liệu mới.
2.4.4.Vấn đề an toàn.
Hydrogen là khí không màu, không mùi, không vị và rất hoạt động. Khi
hydrogen cháy nó mang mối nguy hiểm tiềm ẩn bởi ngọn lửa của nó không thể
nhận thấy bằng mắt thường. Do đó nó có thể lan đi mà người ta không thể
nhận biết để cảnh báo. Tuy nhiên, trong chừng mực nào đó, hydrogen cháy an
toàn hơn các nhiên liệu hóa thạch thông thường. Hydrogen có tốc độ bừng
cháy rất cao và tiêu tán mau. Do đó, những vụ cháy, thậm chí bắt nguồn từ
hydrogen lỏng, thường bùng lên rất nhanh rồi hết. Theo tính toán của các nhà
khoa học cho thấy ở một

vụ cháy xe cộ liên quan đến xăng dầu, đám cháy có
thể kéo dài hai mươi đến ba mươi phút, trong khi đó, ngọn lửa từ đám cháy của
chiếc xe chạy bằng lượng hydrogen tương đương chỉ kéo dài từ một đến hai
phút!

Hydrogen khi bị đốt cháy sinh ra nhiệt và hơi nước. Do không có carbon,
hơn nữa hơi nước lại

là chất hấp thụ nhiệt nên hydrogen cháy tỏa nhiệt ít hơn
nhiều so với khi các hydrocarbon cháy

và đám cháy không lan đi, chỉ có
những vật trực tiếp bị đốt dưới ngọn lửa đó mới bị cháy nặng.

Những vật
khác ở gần ngọn lửa sẽ khó mà tự bắt cháy được. Vì thế mà mối nguy hiểm
về khói độc và việc cháy lan kéo dài đối với hydrogen đã được giảm đi đáng
kể. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong vấn đề cứu hỏa.
Tỉ trọng thấp và khả năng khuếch tán nhanh cho phép hydrogen thoát
nhanh vào khí quyển

nếu như có sự rò rỉ xảy ra. Trong khi đó, propane và
xăng dầu, với tỉ trọng cao và khả năng

khuếch tán thấp, dễ tụ lại gần mặt
đất, làm gia tăng rủi ro cháy nổ. Hydrogen phải đạt đến nồng độ 4% trong
khí quyển mới gây nguy hiểm, khi đó khả năng bắt lửa của hydrogen sẽ
tăng lên nhanh. Mặc dù nồng độ 4% xem như không cao, nhưng nếu so
sánh với nồng độ cần đạt để bốc cháy của xăng dầu chỉ có 1%, hydrogen cho
thấy mức rủi ro cháy nổ thấp hơn đáng

kể.

23
Pin nhiên liệu hydrogen 2013

PHẦN 3
PIN NHIÊN LIỆU
3.1.Khái niệm về pin nhiên liệu.
3.1.1 Lịch sử.
Năm 1839

nhà khoa học

tự nhiên người xứ Wales

William Robert
Grove

đã chế tạo ra mô hình thực nghiệm đầu tiên của pin nhiên liệu, bao gồm
hai điện cực

platin

được bao trùm bởi hai ống hình trụ bằng thủy tinh

, một ống
chứa hiđrô

và ống kia chứa ôxy

. Hai điện cực được nhúng trong axít
sulfuric

loãng là chất điện phân

tạo thành dòng điện một chiều

. Vì việc chế tạo
các hệ thống pin nhiên liệu quá phức tạp và giá thành đắt, công nghệ này dừng
lại ở đấy cho đến thập niên 1950.
Thời gian này ngành du hành vũ trụ

và kỹ thuật quân sự cần dùng một
nguồn năng lượng nhỏ gọn và có năng suất cao. Các tàu du hành vũ trụ

và tàu
ngầm

cần dùng năng lượng điện

không thông qua động cơ đốt trong

. NASA

đã
quyết định dùng cách sản xuất điện trực tiếp bằng phương pháp hóa học thông
qua pin nhiên liệu trong các chương trình du hành vũ trụ

Gemini

và Apollo

. Các
pin nhiên liệu sử dụng trong chương trình Gemini được NASA

phát triển vào
năm 1965

. Với công suất khoảng 1 kW

, các pin nhiên liệu này đã cung cấp đồng
thời điện và nước

uống cho các phi hành gia vũ trụ

. Các pin nhiên liệu của
chương trình Gemini chỉ dài 60 cm

và có đường kính là 20 cm.
Nhờ chế tạo được các màng

(membrane

) có hiệu quả cao và các vật liệu
có khả năng chống ăn mòn hóa học

tốt hơn và cũng nhờ vào công cuộc tìm kiếm
một nguồn năng lượng thân thiện môi trường

cho tương lai, pin nhiên liệu được
phát triển mạnh vào đầu thập niên 1990. Thông qua đó việc sử dụng pin nhiên
liệu dành cho các mục đích dân sự đã trở thành hiện thực. Ngày nay, phạm vi sử
dụng của pin nhiên liệu đã được mở rộng từ vận hành ô tô

, nhà sưởi qua các nhà

máy phát điện có công suất hằng 100 kW cho đến những ứng dụng bé nhỏ như
trong điện thoại di động

hoặc máy vi tính xách tay

.
24
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
3.1.2 Khái niệm.
Pin nhiên liệu là một thiết bị có thể chuyển đổi trực tiếp hóa năng của
nhiên liệu thành điện năng nhờ vào các quá trình điện hóa. Nguồn nhiên liệu cơ
bản cần thiết cho pin vận hành gồm: hydro, methanol, ethanol… và chất oxy hóa
(thường là oxy từ không khí).
Trong pin nhiên liệu hoàn toàn không có sự cháy như trong động cơ đốt
trong, do đó pin nhiên liệu sinh ra lượng khí ít gây ô nhiễm môi trường Mặt khác,
nó không có sự chuyển hóa nhiệt thành cơ dùng nhiên liệu hóa thạch nên hiệu suất
của nó không bị giới hạn bởi hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot, ngay cả khi vận
hành ở nhiệt độ tương đối thấp.
Tương tự như acquy, pin nhiên liệu cũng là một thiết bị tạo ra dòng điện thông
qua cơ chế phản ứng điện hóa. Tuy nhiên, điểm khác biệt là pin nhiên liệu có thể tạo
ra dòng điện liên tục khi cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho nó, trong khi đó, acquy cần
phải được nạp điện lại (sạc) từ một nguồn điện bên ngoài sau một thời gian sử dụng.
Như vậy, muốn tái sử dụng acquy, cần phải có một thời gian dài để nạp điện lại, trong
khi đối với pin nhiên liệu, chỉ cần cung cấp nhiên liệu là có thể có điện để sử dụng.
3.2.Nhiên liệu hydrogen.
3.2.1.Vai trò của hydro trong pin nhiên liệu.
Pin nhiên liệu PEM cần hydro để hoạt động. Hydro là phần tử phổ biến nhất
trong vũ trụ. Hydro là nhiên liệu tuyệt vời với nhiều lý do. Trước tiên, hydro có nội
dung năng lượng cao nhất, của tất cả nhiên liệu : khoảng hai lần rưỡi nhiều năng lượng
như khí thiên nhiên hoặc xăng mỗi đơn vị khối. Hơn nữa, hydro rất sạch ( không độc,

không mùi và không carbon ). Nó có thể tạo ra từ nhiều tài nguyên. Thật an toàn để tạo
ra, cửa hàng và vận tải, ngay cả với số lượng lớn. Hydro phải đóng một vai trò quan
trọng trong giảm tính phụ thuộc của chúng tôi trên nhiên liệu hóa thạch.
Hydro cung cấp giải pháp năng lượng linh hoạt bền vững và nếu mục tiêu cho
không gây ô nhiễm môi trường phải được gặp, hiệu suất phải được cải thiện hoặc nếu
bạn chỉ cần muốn góp phần tạo nên hệ sinh thái sạch. Nedstack đưa ra an toàn và bền
vững trả lời cho năng lượng của bạn cần với hydro tiên tiến nhất công nghệ pin nhiên
liệu với giá hấp dẫn.
25