Đồ án chuyên ngành đề tài pin nhiên liệu hydrogen

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (643.36 KB, 38 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN...4

LỜI MỞ ĐẦU...5

PHẦN 1: Q TRÌNH CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG...6

1.1. Từ nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch dến nền kinh tế hydro...6

1.2. Sản xuất hydro...7

1.2.1.Phương pháp khí hóa từ hydrocacbon...8

1.2.1.1.Khí hóa khí thiên nhiên...8

1.2.1.2.Khí hóa than đá...8

1.2.2.Phân hủy nước...9

1.2.2.1.Điện phân nước...9

1.2.2.2.Phân hủy nước dưới ánh sáng mặt trời có xúc tác...10

1.2.3.Phương pháp vi sinh...11

PHẦN 2: LỢI ÍCH HYDROGEN – NỀN KINH TẾ HYDROGEN...12

2.1. Hydrogen – nguồn nhiên liệu mới...12

2.2. Ứng dụng của hydrogen...13

2.3. Những khó khăn khi sử dụng nhiên liệu hydro...13

2.3.1.Khó khăn trong q trình sản xuất hydro...13

2.3.2.Giá cả trong q trình sản xuất hydro...14

2.3.3.Tính hiệu q trong q trình sử dụng hydro...14

2.3.4.Vấn đề an tồn...15

PHẦN 3: LƯU TRỮ HYDRO...16

3.1. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí nén...17

3.2. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng...18

3.3. Lưu trự hydrogen nhờ hấp thụ hóa học...18

3.4. Lưu trữ hydrogen trong các hydrua kim loại (Metal Hydride)...18

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

3.5. Lưu trữ hydrogen trong ống carbon nano rỗng...19

3.6. Lưu trữ hydrogen trong các vi cầu thủy tinh (Glass Microsphere)...20

PHẦN 4: PIN NHIÊN LIỆU...21

4.1. Khái niệm về pin nhiên liệu...21

4.1.1.Lịch sử...21

4.1.2.Khái niệm...22

4.2. Nhiên liệu hydrogen...22

4.2.1.Vai trị của hydro trong pin nhiên liệu...22

4.2.2.Tính chất vật lí của hydrogen...23

4.2.3.Tính chất nhiên liệu của hydro...24

4.2.3.1.Tính dễ cháy...24

4.2.3.2.Vấn đề an toàn, cháy nổ...26

4.3. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của pin nhiên liệu...27

4.3.1.Cấu tạo pin nhiên liệu hydro...27

4.3.2.Nguyên lí hoạt động của pin nhiên liệu hydro...29

4.4. Phân loại pin nhiên liệu...31

4.4.1.Pin nhiên liệu kiềm (Alkaline Fuel Cell – AFC)...32

4.4.2.Pin nhiên liệu carbonat nóng chảy (Molten Carbonate Fuel Cell – MCFC)334.4.3.Pin nhiên liệu axit phosphoric (Phosphoric Acid Fuel Cell – PAFC)...33

4.4.4.Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (Proton Exchange Membrane Fuel Cell – PEMFC)...34

4.4.5.Pin nhiên liệu oxide rắn (Solid Oxide Fuel Cell – SOFC)...35

4.4.6.Pin nhiên liệu tái sinh (Regenerative Fuel Cell – RFC)...36

KẾT LUẬN...38

TÀI LIỆU THAM KHẢO...39

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin cảm ơn sâu sắc đến cô Vũ Thị Hồng Phượng vì đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý giá cho em trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu cũng như hoàn thành đồ án này.

Em cũng xin cảm ơn đến các thầy cơ ngành cơng nghệ-kỹ thuật hóa học nói chung đã giúp đỡ, hướng dẫn và giảng dạy những kiến thức chuyên ngành để em có thẻ hiểu và áp dụng vào bài đồ án chuyên ngành này.

Lời cuối cùng, em xin cảm ơn chân thành đến quý thầy cô.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xa xưa, con người đều hướng tới việc sử dụng các nguồn tài 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? Nó đem lại những lợi ích nào cho cuộc sống? Trong bài này sẽ đưa ra một cái nhìn khái quát về những vấn đề trên và cho thấy những nổ lục của con người nhằm hướng đến viễn cảnh năng lượng sạch và bền vững trong tương lại.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

PHẦN 1: Q TRÌNH CHUYỂN HĨA NĂNGLƯỢNG

1.1. Từ nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch dến 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. Đa số các phương tiện giao thông hiện nay (xe hơi, xe máy, máy bay…) đều sừ dụng nhiên liệu hóa thạch là xăng dầu, không những thế các nhà máy điện là nhiệt điện cũng sử dụng dầu hỏa, khí thiên nhiên hay than đá để làm nguyên liệu. Nếu trong có nhiên liệu hóa thạch thì thế giới sẽ rơi vào sự khủng hoảng.

Trong khi nhiên liệu hóa thạch đóng một vai trị cực kì quan trọng trong việc đưa xã hội đến mức phát triển như ngày nay thì nó cũng tồn tại những vấn đề gây hại đến mơi trường như: ơ nhiễm mơi trường khơng khí, nguy hiểm và đáng lo ngại hơn cả là vấn đề biến đổi khí hậu tồn cầu cùng với sự nóng lên của trái đất. Ngồi ra, nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên hữu hạn và không thể tái tạo được, một khi nguồn tài nguyên bị cạn kiệt do khai thác quá mức sẽ dẫn đến những hệ lụy chính trị và kinh tế khác, thậm chí cả những cuộc chiến tranh giành dầu mỏ.

Giữa bối cảnh đó, con người đã nghiên cứu và phát hiện ra khái niệm nền kinh tế hydro dựa trên nguồn năng lượng sạch, dồi dào để phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của nhân loại. Đây là 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 đã được tập đoàn General Motors đặt ra vào năm 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:

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

 Khơng gây ơ nhiễm: Khí hydro được sử dụng trong pin nhiên liệu, đây là một công nghệ hoàn toàn sạch. Sản phẩm duy nhất sinh ra là nước, do đó sẽ khơng gây ra ơ nhiễm.

 Khơng thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính: Q trình điện phân nước tạo ra hydro khơng hề tạo ra khí nhà kính nào, đó là một q trình lý tưởng và hồn hảo. Điện phân nước để thu hydro, hydro lại tái kết hợp với oxi để tạo ra nước và cung cấp điện năng trong pin nhiên liệu.

 Không phụ thuộc về kinh tế: Khơng dùng dầu mỏ cũng có nghĩa là khơng phải phụ thuộc vào các dầu nhập khẩu từ nước ngồi. Nước có ở tất cả mọi nơi, là nguồn năng lượng vơ tận, chiếm đến ¾ 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 trên của hydro là rất đáng kể. Tất cả thế mạnh đó đã tạo nên một bước đột phát mạnh mẽ hướng nhân loại tiến đến nền kinh tế hydro.

1.2. Sản xuất hydro

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất, cấu thành đến 90% vật chất của vũ trụ (75% theo trọng lượng). Hydro có cấu trúc đơn giản nhất chỉ gồm một proton và một electron. Phân tử hydro chứa hai ngun tử hydro, là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, rất dễ cháy. Hydro có trọng lượng nhỏ nhất trong các loại khí và 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. Khác với các nguồn nhiên liệu hóa thạch, hydro là nguồn năng lượng thứ cấp, nói theo cách khác là khơng thể khai thác hydro trực tiếp mà phải được tạo ra từ một nguồn sơ cấp ban đầu. Điều này là một điểm

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

 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 hydrocacbon1.2.1.1. Khí hóa khí thiên nhiên

Q trình nay gồm hai bước chính:

Trước hết, khí thiên nhiên (thành phần chủ yếu là CH4) được tách cacbon và chuyển hóa thành H2 nhờ hơi nước dạng hơi quá nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác ở nhiệt độ

Than đá được nghiền thành dạng bộ rồi hòa trồn với nước. Phản ứng được tiến hành ở khoảng 1400oC với O2 hay khơng khí, tạo ra hỗn hợp gồm H2 và CO. CO sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước chuyển hóa thành khí CO2 và tạo ra them khí H2.

 Nhược điểm của hai phương pháp trên:  Sừ dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch.

 Sản phẩm sinh ra khí CO và CO2 gây hiệu ứng nhà kính.  Điều kiện phản ứng khá khắc nghiệt, tốn hao nhiên liệu lớn.

Do vậy, hai phương pháp này chỉ để cung cấp nguyên liệu cho các sản xuất hóa chất, sản xuất phân bón…

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Tuy vậy, nhiên liệu hóa thạch cịn tương đối dồi dào, nhất là đối với khí thiên nhiên nên sản xuất khí hydrogen từ nhiên liệu hóa thạch sẽ cịn chiếm ưu thế trong tương lai gần. Ngoài ra, có thể thu hồi CO2 để hạn chế tác động đến môi trường.

1.2.2. Phân hủy nước

Phương pháp này là phương pháp được tập trung khai thác nhiều nhất bởi vì sừ dụng nguồn năng lượng vô tận là nước.

1.2.2.1. Điện phân nước

Phương pháp này dùng dòng điện để tách nước thành khí H2 và O2. Q trình gồm hai phản ứng xảy ra ở hai diện cực. H2 sinh ra ở điện cực âm và O2 sinh ra ở điện cực dương.

Phản ứng trên cathode: 2 H2O + 2 e-  H2 + 2 OH

-Phản ứng trên anode: 2 OH- - 2 e-  H2O + ½ O2

Tổng quan: 2 H2O + điện năng  2 H2 + O2

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 H2.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Sơ đồ quá trình điện phân và thu hydro  Ưu diểm:

 Khơng gây ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính.  Nguồn ngun liệu vơ tận (nước).

 Nguồn năng lượng tạo ra điện năng là vô tận, không sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch.

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.

 Ưu điểm:

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

 Không gây ô nhiễm.

 Sử dụng nguồn năng lượng vơ tận là mặt trời.

 H2 được chuyển hóa trực tiếp từ nước dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, khơng qua q trình sử dụng điện năng để điện phân nước. Do đó, tiết kiệm chi phí vận hành.

 Quy trình dơn giản, dễ vận hành.

Với đặc điểm sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh và khơng gây ra bất kì vấn đề nào về ô nhiễm môi trường nên cả hai phương pháp đều có vai trị là nền tảng cùa nền kinh tế hydro.

1.2.3. Phương pháp vi sinh

Một số tảo và vi khuẩn có thể sản sinh ra hydrogen q trình trao đổi chất của chúng. Các sinh vật này thường sống trong nước, phân tách nước thành khí hydro và oxy. Các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm nghiên cứu Quốc gia Canada (CNRC) đã sản xuất được H2 từ các chất thải hữu cơ và từ các chất thải nông nghiệp bằng phương pháp lên men, khơng thải ra khí hiệu ứng nhà kính. H2 tạo ra được gọi là hydro sinh học.

 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.  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 vận 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.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

PHẦN 2: LỢI ÍCH HYDROGEN – NỀN KINH TẾ HYDROGEN

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 khơng cịn 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 khơng màu, khơng mùi và khơng vị, có tỉ trọng bằng 1/14 tỉ trọng của khơng khí.

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 thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính, hydrogen khi cháy rất “sạch” phản ứng cháy của hydrogen chỉ tạo ra nước.

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Xe hơi sử dụng pin nhiệu liệu hydrogen

2.2. Ứng dụng của hydrogen

Hydrogen sử dụng làm nhiên liệu cho 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 thộng 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 chiếu sáng, sưởi ấm…

Hydrogen sử dụng trong pin nhiên liệu: Được sử dụng làm nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống pin nhiên liệu nhờ q trình điện hóa để tạo ra điện năng. Pin nhiên liệu chạy rất êm, không gây ra tiếng động, chấn động như động cơ đốt trong. Đạt hiệu suất cao hơn so với động cơ đốt trong nên tiết kiệm năng lượng hơn. Với những ưu thế vượt trội đó, pin nhiên liệu đang ngày càng được quan tâm và đầy triển vọng trong tương lai.

2.3. Những khó khăn khi sử dụng nhiên liệu hydro2.3.1. Khó khăn trong q trình sản xuất hydro

Hydro chỉ tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chất (nước hoặc hydrocarbon). Để có được hydro, người ta phải tách nó bằng một số quá trình hóa – lý (điện phân hydro từ nước). Năng lượng để thực hiện việc điện phân do các nhà máy điện cung cấp. Việc sử dụng hydro khơng gây ra hiệu ứng nhà kính nhưng việc tao ra hydro để sử dụng thì vẫn để lại hậu quả này. Nếu chúng ta chỉ khai thác hydro từ các nguồn năng lượng sạch như năng lượng nước, gió, mặt trời… thì sẽ khơng gây hại. Đây là một vấn đề không hề đơn giản.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

2.3.2. Giá cả trong quá trình sản xuất hydro

Biểu đồ so sánh chi phí sản xuất của hydro ở các nước ($/kg)

Giá thành sản xuất hydro từ khí thiên nhiên vẫn còn khá cao so với xăng dầu vào năm 2015. Mục tiêu tương lai là giảm giá thành sản xuất hydro xuống để cạnh tranh được với xăng sử dụng ở động cơ đốt trong và nhiên liệu kép.

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 khoảng 0,43 triệu m3 khí hàng năm và tiêu tốn khoảng 1 nghìn tỉ đơ la. Trong trường hợp của năng lượng mặt trời cần đến 113 tỉ các hệ thống 40 kWh với 2500 kWh năng lượng mặt trời/m2, tiêu tốn 22 nghìn tỉ đơ la…

2.3.3. Tính hiệu q trong q trình sử dụng hydro

Một vấn đề khác là tính hiệu quả sử dụng của hydro trong quá trình sử dụng, đặc biết 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, người ta phải nén hydro ở áp suất cực lớn khoảng hơn 700 kg/cm2. Ngay cả ở áp suất này, xe chạy bằng hydro cần một bình chứa nhiên liệu lớn gấp 4 lần so với bình xăng ở xe bình thường. Hydro lỏng có hiệu quả cao hơn.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

2.3.4. Vấn đề an tồn

Hydrogen là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị và rất hoạt động. Khi hydrogen cháy sẽ mang mối nguy hiểm tiềm ẩn bởi ngọn lửa của nó khơng thể nhận thấy bằng mắt thường. Do đó có thể lan đi mà người ta khơng thể nhận biết để cảnh báo. Tuy nhiên, hydrogen cháy an tồn hơn các nhiên liệu hóa thạch thơng thường. Hydrogen có tốc độ bừng cháy rất cao và tiêu tán nhanh. Do đó, hydrogen thường bùng lên rất nhanh rồi hết.

Hydrogen khi bị đốt cháy sinh ra nhiệt và hơi nước. Do khơng 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.

Tỉ trọng thấp và khả năng khuếch tán nhanh cho phép hydrogen thoát nhanh vào khí quyển nếu như có sự rị rỉ xảy ra. Trong khi đó, xăng dầu có tỉ trọng cao và khả năng khuếch tán thấp, dễ tụ lại gần mặt đất làm gia tăng rủi ro cháy nổ.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

PHẦN 3: LƯU TRỮ HYDRO

Với vai trò “chuyên chở” năng lượng (energy carrier) hơn là một nguồn năng lượng cơ bản giống như điện năng, hydrogren giúp cho việc phân phối và sử dụng năng lượng được thuận tiện. Khác với điện năng, hydrogen có thể lưu trữ lâu dài.

Có ba cách vận chuyển hydro:

1) Hệ thống đường ống tải hydro từ nhà máy sản xuất đến các thiết bị đầu cuối hay bể chứa bảo quản và các trạm tiếp nhiên liệu.

2) Các thùng chứa hydro lạnh hóa lỏng vận chuyển bằng xe tải, đường ray, sà lan và tàu.

3) Các chất mang năng lượng như ethanol, methanol và các chất lỏng khác có nguồn gốc từ sinh khối tái tạo có thể vận chuyển và tạo ra hydro khi sử dụng.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Các phương pháp vận chuyển hydro

Mơ hình vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu Hydrogen Có ba phương thức lưu trự hydrogen như sau:

i. Lưu chứa hydrogen trong các bình khí nén áp suất cao. ii. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng.

iii. Lưu chứa hydrogen trong hợp chất khác (hấp thụ hóa học, hấp phụ trong hợp chất khác như với các hydrua kim loại hay ống carbon nano rỗng).

3.1. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí nén

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

hạn chế về khơng gian lữu trữ thì áp suất trong bình được tăng lên đến 700 bar để chứa được càng nhiều hydrogen.

Các bình áp suất chứa khí nén thường làm bằng thép nên rất nặng. Các bình áp suất hiện điện được làm từ những vật liệu composite và nhẹ hơn rất nhiều. Một kg hydro chiếm 11 m3 ở áp suất và nhiệt độ môi trường, do đó địi hỏi lưu trữ nén rất lớn.

3.2. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng

Hydrogen chỉ tồn tại ở thể lỏng dưới nhiệt độ -235oC. Để nén hay làm lạnh (hóa lỏng) hydrogen thì phải tiêu tốn khá nhiều năng lượng, do đó tổn thất năng lượng hao hụt đến 30% khi dùng phương pháp này. Tuy nhiên, ưu điểm của việc lưu trữ hydrogen đuối dạng lỏng tốn ít khơng gian nhất, đo hydrogen có tỉ trọng năng lượng theo thể tích cao nhất khi hóa lỏng. Vì thế cách lưu trữ này thí ch hợp với các ứng dụng di động như phương tiện giao thông. Hiện tại người ta đã sản xuất xe chạy bằng pin nhiên liệu và xây dựng các trạm nhiên liệu hydro. Ngoài ra, đối với tất cả các ứng dụng khác thì khơng nên dùng cách lưu trữ này bởi sự tiêu tốn khá nhiều năng lượng cần để hóa lỏng.

3.3. Lưu trự hydrogen nhờ hấp thụ hóa học

Hydrogen có thể được giữ trong nhiều hợp chất nhờ liên kết hóa học và khi cần thiết, phản ứng hóa học sẽ xảy ra để giải phóng chúng, sau đó hydrogen được thu thập và đưa vào sử dụng trong pin nhiên liệu. Các phản ứng hóa học thay đổi tùy theo hợp chất dùng để lưu trữ hydrogen. Ví dụ như: NH3BH3 thì hydro được giải phóng nhờ nhiệt ở 100-3000oC hay hydro có thể giải phóng qua q trình thủy phân (tác dụng với nước) của các hydride như LiH, LiBH4… Với phương pháp này, ta có thể điều chỉnh được lượng hydrogen sinh ra theo nhu cầu.

3.4. Lưu trữ hydrogen trong các hydrua kim loại (Metal Hydride)

Phương pháp này sử dụng một số hợp kim có khả năng độc đáo, có thể hấp phụ hydrogen. Các hợp kim này hoạt động giống như miếng xốp có thể hút nước vậy, chúng “hút bám” hydrogen, tạo nên các hydrua kim loại. Khi một hydrua kim loại được “lấp

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

kín” dần với các ngun tử khí hydrogen, nó sẽ tỏa nhiệt, do đó khi muốn giải phóng hydrogen thì ta sẽ phải cung cấp nhiệt cho nó.

Khi muốn lưu trữ hydro trên kim loại, các yêu tố mong muốn đạt được là:  Lượng hydro trên một đơn vị khối lượng phải cao

 Nhiệt độ phân ly thấp  Áp lực phân ly vừa phải

 Nhiệt độ hình thành liên kết hydrua thấp để giảm thiểu năng lượng cần thiết khi giải phóng hydro và tốc độ tản nhiệt thấp trong quá trình hydride tỏa nhiệt

 Vấn đề thuận nghịch, năng lượng phải hạn chế trong hình thành và giải phóng hydro

 Động học diễn ra nhanh

 Ổn định cao tránh O2 và độ ẩm trong suốt một vòng luân chuyển dài  Chi phí tái chế và cơ sở hạ tầng thấp

 An tồn cao

Phương pháp này có thể chứa được một lượng rất lớn thể tích khí hydrogen hấp phụ vào kim loại. Tuy nhiên, lượng hydrogen hấp phụ chỉ chiếm khoảng 1-2% tổng trọng lượng bình chứa (kim loại). Vì thế mà các bình chứa dạng này khá nặng và không thể sử dụng trong các ứng dụng di động.

Ưu điểm của phương pháp này là hầu hết các hydrua kim loại có thể hoạt động ở áp suất bình thường, do đó đây là điểm thuận lợi của việc lưu trữ hydrogen nhờ các hydrua kim loại.

3.5. Lưu trữ hydrogen trong ống carbon nano rỗng

Phương pháp này vệ nguyên tắc tương tự như hydrua kim loại trong cơ chế lưu giữ

</div>