Những hiểu biết về hydrogen, sản suất, lưu trữ và ứng dụng trong pin nhiên liệu hydrogen.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
HYDROGEN VÀ PIN NHIÊN LIỆU
HYDROGEN VÀ PIN NHIÊN LIỆU
HYDROGEN
HYDROGEN
NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT HÓA HỌC
NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT HÓA HỌC
4
LƯU TRỮ HYDROGEN
LƯU TRỮ HYDROGEN
NỘI DUNG
2


QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3


LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1


PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2
● Không thể tái tạo ● Gây ô nhiễm

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU
3
Các loại năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu và ứng dụng
CÁC GIẢI PHÁP VỀ VẤN ĐỀ NHIÊN LIỆU
4
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1.1. N
1.1. N
hững lợi ích chính của nền kinh tế hydrogen
hững lợi ích chính của nền kinh tế hydrogen
.
.
-
Không gây ô nhiễm (khi bị rò rỉ hoặc thoát ra môi trường).
-
Không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và khí hậu toàn
cầu (gần như không phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính
như CO
x
, NO
x
, SO
x
, … ).
-
Không phụ thuộc về kinh tế (chủ yếu được sản xuất từ nước
một nguồn tài nguyên gần như vô tận).
-
Phong phú về nguồn sản xuất (từ nước, hydrocacbon, vi sinh,

…).
5
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
6
HIGH EFFICIENCY
& RELIABILITY
ZERO/NEAR ZERO
EMISSIONS
.
Transportation
Distributed
Generation
Biomass
Hydro
Wind
Solar
Geothermal
Coal
Nuclear
Natural
Gas
Oil
With Carbon Sequestration
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
Phương pháp sản xuất hydrogen sạch và bền vững từ
quá trình điện phân nước dựa trên các nguồn năng
lượng tái tạo và các ứng dụng đa dạng của hydrogen.
1.2. Các ứng dụng của Hydrogen.

1.2. Các ứng dụng của Hydrogen.
7
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1.3. Nền kinh tế Hydrogen.
1.3. Nền kinh tế Hydrogen.
8
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
Viễn cảnh về nền kinh tế hydro (dự kiến cho TK XXI)
1.3. Nền kinh tế Hydrogen.
1.3. Nền kinh tế Hydrogen.
9
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
1. LỢI ÍCH & NỀN KINH TẾ HYDROGEN
Lộ trình chuyển đổi sang nền kinh tế hyđrô ở Mỹ gồm 4 giai đoạn, dự tính như sau:
Giai đoạn I (từ nay – 2020)
Đẩy mạnh
nghiên cứu
● CNSX Hydro
● CN pin nhiên liệu
giá
NC ứng dụng trong GTVT
và cung cấp điện.
Giai đoạn II (2015 – 2030)
Từng bước TM hóa, cho xe ZEV xâm nhập thị
trường song hành với xe chạy xăng hiện tại.
Thương mại hóa máy phát điện dùng pin
nhiên liệu.
Giai đoạn III (2015 – 2035)

Đầu tư xây dựng hạ tầng cơ sở, tập trung vào
xe cộ và máy phát điện.
Hoàn thiện CSHT, mở rộng và sẵn sàng thay
thế nền kinh tế dầu mỏ.
1.3. Nền kinh tế Hydrogen.
1.3. Nền kinh tế Hydrogen.
10
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
11
Khó đưa vào ứng dụng vì:
-
Phụ thuộc điều kiện tự nhiên,
địa hình.
-
Cần có một diện tích khá lớn để
thiết kế các hệ thống ứng dụng.
Dễ đưa vào ứng dụng vì:
-
Không phụ thuộc điều kiện tự
nhiên, địa hình.
-
Nhỏ, gọn, nhẹ, rất tiện lợi.
-
Ứng dụng rộng rãi, rất phù hợp
với xu hướng hiện nay.
-
Là nguồn nhiên liệu sạch
-
Có khả năng tái tạo được

2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
12
Pin nhiên liệu hydrogen là các loại pin sử dụng nhiên liệu là hydrogen.
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2.1. Giới thiệu
2.1. Giới thiệu
13
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2.1. Giới thiệu
2.1. Giới thiệu
14
Anode: 2H
2
=> 4H
+
+ 4e-
Cathode: O
2
+ 4H
+
+ 4e- => 2H
2
O

Overall: H
2
+ O

2
=> 2H
2
O+ Energy
Phản ứng trong PEMFC:
Phản ứng trong PEMFC:
2.2. Cấu tạo & Nguyên tắc hoạt động của pin
2.2. Cấu tạo & Nguyên tắc hoạt động của pin
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
15
2.2. Cấu tạo & Nguyên tắc hoạt động của pin
2.2. Cấu tạo & Nguyên tắc hoạt động của pin
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
16
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
Phản ứng tại các điện cực trong pin
Phản ứng tại các điện cực trong pin
17
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
Bảng các thông số kỹ thuật của pin
Bảng các thông số kỹ thuật của pin
18
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
So sánh các loại pin nhiên liệu
So sánh các loại pin nhiên liệu

19
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2. PIN NHIÊN LIỆU HYDROGEN
2.3. Các ứng dụng của pin nhiên liệu hydrogen
2.3. Các ứng dụng của pin nhiên liệu hydrogen
20
3.1. CHUYỂN HÓA TỪ HYDROCARBON
3.2. ĐIỆN PHÂN NƯỚC
3.3. PHÂN HỦY NƯỚC
21
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3.4. PHƯƠNG PHÁP VI SINH
3.1.1. KHÍ HÓA KHÍ THIÊN NHIÊN
22
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3.1. CHUYỂN HÓA TỪ HYDROCARBON
Qui trình khí hóa khí thiên nhiên để sản xuất H
2
Xt Ni, 900
o
C,
P
Shift Conversion: phản ứng chuyển dịch
- HTS: high temperature shift, 400
o
C, 74.2% Fe
2
O

3
, 10.0% Cr
2
O
3
, 0.2% MgO
- LTS: low temperature shift, 200
o
C, 32-33% CuO, 34-53% ZnO, 15-33% Al
2
O
3
Khí hóa là quá trình chuyển hóa nhiên liệu hữu cơ hay hóa thạch thành CO, CO
2
và
H
2
ở nhiệt độ cao (> 700°C), mà không có sự cháy.
23
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3.1. CHUYỂN HÓA TỪ HYDROCARBON
3.1.2. KHÍ HÓA THAN ĐÁ
Qui trình khí hóa than đá để sản xuất H
2
24
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3.1.3. KHÍ HÓA SINH KHỐI
3.1. CHUYỂN HÓA TỪ HYDROCARBON

Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sự sống, đa số là các vật liệu có nguồn
gốc từ thực vật.
.
25
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG
3.1.3. KHÍ HÓA SINH KHỐI
3.1. CHUYỂN HÓA TỪ HYDROCARBON
Phản ứng:
C
6
H
12
O
6
+ O
2
+ H
2
O → CO + CO
2
+ H
2
CO + H
2
O → CO
2
+ H
2

Qui trình khí hóa sinh khối để sản xuất H
2