Hydrogen và Pin nhiên liệu

Monday, August 22, 2005

Tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế dầu lửa


Điện gió

Trên thế giới, các loại năng lượng có thể tái tạo cũng đang được sản xuất ngày càng nhiều như: ánh sáng mặt trời chiếu trên những tấm thu năng lượng mặt trời và tạo ra điện năng, những tia sáng mặt trời cung cấp hơi nóng được sử dụng một cách hiệu quả, gió tạo ra điện năng…

Các nguồn năng lượng xanh

Đã có nhiều quốc gia nghiên cứu và đề cập tới vấn đề năng lượng xanh, bởi năng lượng xanh chính là nguồn năng lượng của tương lai. Năng lượng xanh chính là loại năng lượng mới trong cuộc sống do con người sáng tạo ra, có thể là những nguồn năng lượng từ thiên nhiên, không có những chất thải ảnh hưởng đến sự sống của con người.

Trong thực tế, môi trường thiên nhiên là một nguồn năng lượng xanh vĩ đại có thể tái tạo và được khai thác như: năng lượng từ gió, từ mặt trời, từ sóng và thuỷ triều, từ sự khác nhau giữa bề mặt đại dương và các độ sâu và cả năng lượng địa nhiệt nằm sâu dưới những hòn đảo núi lửa… Cùng với những nguồn năng lượng thiên nhiên có sẵn này, con người còn biết chế tạo ra những nguồn năng lượng khác như từ dầu thực vật phế thải, đồ phế thải trong nhà bếp, pin nhiên liệu.

Có thể nói, Nhật Bản là một trong những nước đi đầu về nghiên cứu và tạo ra nguồn năng lượng xanh cho tương lai. Nhật Bản đã cam kết vào năm 2010 sẽ giảm lượng khí thải “nhà kính” đến 6%. Khí cacbon dioxit (CO2) chiếm hơn 80% lượng khí thải “nhà kính” và cách hiệu quả nhất để giảm lượng CO2 thải ra là giảm sử dụng năng lượng. Hiện đã có một số kỹ thuật được áp dụng để tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Các kỹ thuật đó bao gồm: Vật liệu làm tường nhà và những cửa sổ hai lớp kính giúp ngăn hơi nóng và khí lạnh không vào bên trong; kỹ thuật chế tạo các tủ lạnh và máy điều hoà nhiệt độ tiêu thụ năng lượng một cách hiệu quả hơn; bóng đèn điện huỳnh quang; động cơ chạy bằng bộ đổi dòng điện một chiều ra điện xoay chiều trong quạt gió và máy móc công nghiệp - giúp giảm năng lượng điện xuống tới hơn một nửa; những diot phát ra ánh sáng; loại xe vừa sử dụng xăng dầu vừa sử dụng điện… Các nhà nghiên cứu còn đang phát triển một loại ăc quy nhỏ có hiệu quả cao gọi là pin nhiên liệu màng trao đổi hạt proton có thể sản sinh điện năng từ khí hydro. Loại pin nhiên liệu này không gây ô nhiễm không khí vì chất thải của nó chỉ là nước. Người ta chế tạo ra loại xe “lai” chạy bằng pin năng lượng (FCHV). Xe sẽ dùng khí hydro làm nhiên liệu cộng với một ăc quy để biến động năng thặng dư thành điện năng để sử dụng. Hy vọng tính năng toàn diện của loại xe này sẽ cao gấp ba lần loại xe sử dụng xăng dầu hiện nay.

Theo dự tính, nếu năm 2040 khi thế giới có tới 9 tỷ người, lượng xe cộ chạy trên đường phố sẽ nhiều gấp ba lần hiện nay, nhưng nếu sử dụng loại năng lượng này thì tất cả lượng xe cộ có thể chỉ cần một số năng lượng bằng mức đang sử dụng hiện nay. Dĩ nhiên, lúc đó sẽ có ít xăng dầu cho việc sản xuất hơn và lượng khí CO2 thải ra cũng sẽ ít hơn.

Tại Nhật Bản, nguồn năng lượng lớn nhất có thể tái tạo là những tấm năng lượng mặt trời và nguồn năng lượng quan trọng thứ hai là những tuabin chuyển động bằng sóng dùng để biến những chuyển động thẳng đứng của sóng ở đại dương thành áp lực khí làm chuyển động những tuabin của máy phát điện. Người Nhật còn nghiên cứu năng lượng địa nhiệt nằm sâu dưới những hòn đảo núi lửa. Năng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng và hơi nước từ hàng ngàn mét sâu dưới lòng đất, sau đó sử dụng hơi nước để chạy tuabin điện. Nhật Bản hiện đã có tới 17 nhà máy sản sinh năng lượng như vậy (một nhà máy có công suất 110.000 kW đủ điện năng cung cấp cho khoảng 37.000 gia đình) và ưu điểm của những trạm năng lượng địa nhiệt này là chỉ thải ra khoảng 1/20 lượng khí CO2 so với trạm năng lượng đốt nhiên liệu hoá thạch cho cùng một lượng điện năng. Từ các loại phế thải trong nhà bếp cũng được người Nhật tận dụng tạo thành điện năng như hệ thống lên men đồ phế thải để tạo ra khí metan làm chạy động cơ sinh ra điện tại Takikawa, Hokkaido hay phương pháp thu gom dầu ăn phế thải tạo thành nhiên liệu diesel thực vật ở tỉnh Fukushima.

Nhìn chung, những nguồn sẽ tạo ra cho chúng ta năng lượng xanh - năng lượng sạch trong tương lai - không hề khan hiếm quanh chúng ta. Chỉ có điều chúng ta phải biết cách chinh phục nó, biến đổi nó - đó cũng chính là thay đổi cách sống để tạo ra môi trường sạch hơn, trong lành hơn cho cuộc sống.

Hydrô - nguồn năng lượng khả dĩ để thay thế dầu lửa

Giá xăng dầu sẽ còn leo thang-TS. Bob Slaughter đại diện National Petrochemical & Refinery Association xác định dự báo của Uỷ ban Hạ viện chuyên về tình hình thị trường nhiên liệu Mỹ. Trái lại, Energy Information Administration nhận định rằng, đã xuất hiện bước ngoặt phá vỡ rào cản kìm hãm nỗ lực phổ biến nhiên liệu hydro. Theo Spencer Abraham, Bộ trưởng Năng lượng Mỹ, ngay bây giờ chi phí chạy một kilomet xe hơi hydro đã tương đương xe chạy xăng truyền thống. Thậm chí các tập đoàn dầu lửa đã bắt đầu từ bỏ chính sách bảo hộ sản phẩm của mình bằng mọi giá. “Bởi vậy, sự thực chúng tôi đã thuận lợi hơn trong việc sản xuất hydro từ các nguồn tại chỗ so với khai thác dầu lửa tại những quốc gia tình hình chính trị không ổn định”- Jenni Silve, Đại diện Trung tâm Chevron Texaco, một công ty dầu lửa khổng lồ, khẳng định. Có thể, đã đến thời khoảng bắt đầu sự cáo chung của ngành công nghiệp dầu lửa?

Thống đốc bang đi tiên phong

Những hành động cụ thể đầu tiên đánh dấu sự chấm hết vai trò độc tài dầu lửa của các quốc gia thành viên OPEC đã được quyết định ở Sacramento, thủ phủ bang California. Những nhà sản xuất xe hơi lớn nhất thế giới bao gồm DaimlerChrysler, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Nissan, Toyota và Volkswagen cùng các tập đoàn dầu lửa BP, ChevronTexaco, ExxonMobil và Shell, liên kết với các nhà sản xuất nhiên liệu khác thành lập tổ chức Liên hợp California Fuel Cell Partnership, với mục tiêu vận động để trong vòng 10 năm tới đa số người dân California sẽ chuyển từ xe hơi chạy nhiên liệu xăng dầu sang xe hơi chạy điện. Cha đẻ sáng kiến táo bạo là Arnold Schwarzenegger, Thống đốc bang. Bản thân Tổng thống Bush đã trích từ ngân sách Liên bang 1,7 tỷ USD để tài trợ cho dự án hoàn thiện công nghệ sản xuất hydro. Nhờ những tiến bộ mới, ngay bây giờ giá thành sản xuất hydro đã tụt xuống mức gần tương đương với giá thành sản xuất xăng dầu. Giá hydro sẽ còn rẻ nữa, trong tương lai không xa. - Chỉ khoảng chục năm nữa, sẽ không mấy ai vung tiền mua xăng dầu - Spencer Abraham quả quyết. Còn TS. Andrew Mitchell, một chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng Mỹ, tin chắc rằng không lâu nữa trong nền cơ giới hoá thế giới sẽ bùng nổ việc sử dụng hydro thực sự - một sự kiện sẽ làm tan thói quen và tập tục bấy lâu nay vẫn ngự trị trong đời sống xã hội.

General Motors đặt tương lai vào hydro

“Tôi đã đến Sacramento- M. Bednarz, một chuyên gia năng lượng, kể lại. Tôi đã đi thử một số loại xe hơi chạy bằng hydro (GM hydrogen 3, Ford Focus FCV và F-Cell Mercedes class A), mỗi xe vài trăm kilomet. Tôi tự nạp hydro tại các trạm dọc đường. Tất cả chỉ diễn ra trong vòng vài ba phút, trình tự đơn giản như nạp ga. Tất cả các loại xe mà tôi lái thử đều mạnh và cơ động như xe chạy xăng cùng loại, song động cơ êm hơn. Tôi có cảm giác như bản thân đã đi trước thời gian, tuy rằng không phải là nhiều, có lẽ chỉ khoảng 5-6 năm so với đa phần mọi người”. Đến năm 2010, chỉ riêng trên địa bàn California sẽ xuất hiện tối thiểu 200 trạm bơm hydro, mỗi trạm cách nhau 30 km. Việc đưa mạng lưới vào hoạt động sẽ tốn khoảng 150-200 triệu USD. Toàn bộ dự án triển khai dựa vào kinh phí của các hãng tư nhân được sự trợ giúp của các Quỹ liên bang và bang. Hiện đã có 10 trạm được đưa vào sử dụng.

Các tập đoàn xe hơi tuyên bố rằng, ngay trong năm tới tại các salông xe hơi ở California đã có thể mua xe chạy bằng hydro với giá gần như xe truyền thống cùng loại. General Motors mong muốn trở thành hãng đầu tiên bán được một triệu sản phẩm chạy bằng hydro. Đa số sản phẩm đó sẽ chiếm lĩnh các con đường màu vàng ở California. Đến nay có trên 700 ngàn công dân California đã đi thử xe chạy hydro do Trung tâm nghiên cứu thông tin ở Sacrmento cung cấp. Hiện thời Trung tâm cho mượn xe chạy thử miễn phí này có 55 xe con và 7 xe buýt chạy hydro. Không lâu nữa, số đầu xe loại này sẽ tăng lên 300 chiếc. Số lượng xe buýt cũng đông đảo thêm. Chúng đang được thử nghiệm tại khu vực Sacramento, San Francisco và Los Angeles. Dân Mỹ đã biết rằng, một kilogam hydro tương đương với một galông (3,7 lít) xăng. Dân Mỹ cũng biết rằng, thùng đựng hydro lắp đặt trong xe không dễ nổ, giống như thùng xăng được đặt ở bên dưới ghế ngồi của các ô-tô thông thường.

Một số hoạt động nổi bật của Châu Âu về pin nhiên liệu và hydrô

Pháp

Từ giữa thập kỷ 90, Pháp đã bắt đầu thực hiện Chương trình đa dạng nguồn và công nghệ năng lượng mới, bao gồm năng lượng hydro và pin nhiên liệu. Chương trình này được Chính phủ Pháp tài trợ một phần. Các tổ chức tiến hành nghiên cứu năng lượng hydro bao gồm: Hiệp hội Quốc gia PACo, Uỷ ban Năng lượng nguyên tử (CEA), Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia (CNRS), Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Quốc gia (CNRT). Ngoài ra, còn có các trung tâm khác như Ineris (Các vấn đề an ninh), Afnor (Tiêu chuẩn), Viện Dầu (IFP). Năm 2001, tổng chi phí cho nghiên cứu và phát triển năng lượng hydro của các tổ chức đó là 37 triệu euro.

15 hãng công nghiệp lớn cũng tham gia tích cực vào hoạt động về hydro, bao gồm Air Liquide, Alstom Transport, Electricite de France, Gas de France, PSA, Renault, Total FinaElf, Snecma, Areva, Irisbus, Sorapec, CNIM. Năm 2001, tổng chi phí của các hãng cho việc phát triển năng lượng hydro là 35 triệu euro.

CHLB Đức

Đức là một trong những quốc gia châu Âu hoạt động tích cực nhất trong lĩnh vực năng lượng hydro và pin nhiên liệu nhờ vai trò tích cực của các hãng công nghiệp và phòng thí nghiệm nghiên cứu.

Cơ cấu nhà nước Đức cho phép các vùng độc lập tiến hành các chương trình công nghiệp và nghiên cứu, thậm chí nhiều khi ở cấp vùng lại hiệu quả và tích cực hơn ở cấp liên bang. Có nhiều dự án lớn đã được thực hiện ở các vùng. Ví dụ, vùng Meclenburg đã có “Sáng kiến Hyđrô”. Chính quyền bang Bavary đã dành 50 triệu euro cho công tác nghiên cứu và triển khai (R&D) hydro. Tháng 4/2002, Chính quyền Gessen cùng với các trường đại học và hãng công nghiệp đưa ra “Sáng kiến trong lĩnh vực hydro và pin nhiên liệu”. Những sáng kiến tương tự đã được các bang và thành phố khác thực hiện như Baden-Vartemberg, Rein-Vestphalia, Hamburg v.v…

Ở cấp Liên bang, tháng 2/2002, Hội hỗ trợ các nguồn năng lượng mới (FEE) tiến hành Chương trình “ứng dụng khí sinh vật cho pin nhiên liệu”. Cùng thực hiện Chương trình đó còn có Cục Bảo vệ Người tiêu dùng, Lương thực và Nông nghiệp. Ngoài ra, Đức còn thiết lập hệ thống thanh toán ưu đãi đối với điện sản xuất bằng pin nhiên liệu. Đã xây dựng Chương trình TES (Chiến lược Năng lượng cho Giao thông vận tải), với sự tham gia của các hãng công nghiệp và tổ chức phi thương mại. Theo Chương trình đó, tới năm 2005 cần phải quyết định xem dạng nhiên liệu nào là tốt nhất cho ngành Giao thông vận tải trong tương lai. Dạng nhiên liệu được ưu tiên xem xét bao gồm hydro, metanol và khí tự nhiên. Tuy nhiên, thời gian gần đây, những quan chức mà chịu trách nhiệm ra các quyết định chiến lược ngày càng chú trọng đến hydro.

Ở cấp Liên bang, kinh phí dành cho phát triển năng lượng hydro là 100 triệu euro/năm. Những hãng công nghiệp tích cực nhất bao gồm Daimler Chrysler. Hãng này đã chế tạo hàng loạt ôtô mẫu để trình diễn như Necar 1,2,3,4,5 và xe buýt Nebus chạy bằng pin nhiên liệu. Để duy trì hoạt động đó, hãng đã dành 1.600 triệu euro cho giai đoạn 2001-2004. Những hãng khác cũng tiến hành triển khai pin nhiên liệu cho các phương tiện vận tải và cung cấp điện, bao gồm Opel, Ford Germany, Siemens-Westing, HEW/HGW, MTU, Vailant/Plug Power, Proton Motor, BMW, Linde Gas, Messer, RWE, Ballard Power Systems v.v…

(Nguồn: EVN)