Nguồn: spectrum.ieee.org
Các tấm pin mặt trời đang nhân lên trên mái nhà và trong các khu vườn trên toàn thế giới khi các cộng đồng kêu gào về điện tái tạo. Nhưng các kỹ sư ở Bỉ nói rằng các tấm pin có thể làm nhiều hơn là bật đèn - họ cũng có thể sản xuất khí hydro tại chỗ, cho phép các gia đình sưởi ấm nhà của họ mà không cần mở rộng dấu chân carbon.
Một nhóm tạiĐại học Katholieke Leuven, hoặc KU Leuven,nói rằng nó đã phát triểnmột bảng điều khiển năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành hydro bằng cách sử dụng độ ẩm trong không khí. Nguyên mẫu lấy hơi nước và chia nó thành các phân tử hydro và oxy. Nếu nó mở rộng thành công, công nghệ này có thể giúp giải quyết một thách thức lớn mà nền kinh tế hydro phải đối mặt.
Hydro, không giống như nhiên liệu hóa thạch, không tạo ra khí thải nhà kính hoặc ô nhiễm không khí khi được sử dụng trong các phương tiện hoặc tòa nhà chạy bằng pin nhiên liệu. Tuy nhiên, gần như tất cả hydro được sản xuất ngày nay được sản xuất bằng cách sử dụngquy trình công nghiệpliên quan đến khí đốt tự nhiên, và cuối cùng điều này bơm nhiều khí thải hơn vào khí quyển.
Một số lượng nhỏ nhưng ngày càng tăng của các cơ sở đang sản xuất hydro "xanh" bằng cách sử dụng điện phân, phân tách các phân tử nước sử dụng điện - lý tưởng từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời. Các nhà nghiên cứu khác, bao gồm cả nhóm nghiên cứu ở Bỉ, đang phát triển cái được gọi là công nghệ tách nước mặt trời trực tiếp. Chúng sử dụng các thành phần hóa học và sinh học để tách nước trực tiếp trên bảng điều khiển năng lượng mặt trời, từ bỏ nhu cầu về các nhà máy điện phân lớn, đắt tiền.
"Tìm cách tạo ra hydro theo một cách dễ dàng hơn hoặc hiệu quả hơn có thể là một nhiệm vụ Chén Thánh," nóiJim Fenton, người chỉ đạoTrung tâm năng lượng mặt trời Floridatại Đại học Central Florida.
KU Leuvennằm trong khuôn viên cỏ ở Flanders, khu vực phía bắc nói tiếng Hà Lan của Bỉ. Đầu tháng này, giáo sưJohan Martensvà nhóm của anh ấy tạiTrung tâm Hóa học bề mặt và Xúc táccông bố nguyên mẫu của họ có thể sản xuất trung bình 250 lít hydro mỗi ngày trong cả năm, mà họ tuyên bố là một kỷ lục thế giới. Một gia đình sống trong một ngôi nhà cách nhiệt tốt của Bỉ có thể sử dụng khoảng 20 tấm này để đáp ứng nhu cầu năng lượng và sưởi ấm của họ trong cả năm, họ dự đoán.
Tấm pin mặt trời có chiều dài 1,65 mét - gần bằng chiều cao của tủ lạnh nhà bếp, hoặc phóng viên này - và có công suất định mức khoảng 210 watt. Hệ thống có thể chuyển đổi 15% năng lượng mặt trời mà nó nhận được thành hydro, nhóm nghiên cứu cho biết. Đó là một bước nhảy vọt đáng kể so với hiệu quả 0,1 phần trăm mà họ lần đầu tiên đạt được 10 năm trước. (Một cách riêng biệt, các nhà nghiên cứu quốc tế năm ngoáinói rằng họ đã đạt đượcHiệu quả 19% trong sản xuất hydro từ việc tách nước mặt trời trực tiếp.)
Tuy nhiên, phòng thí nghiệm của Martens đã bị ràng buộc chặt chẽ về công nghệ của nó.Tom Bosserez, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ, từ chối tiết lộ bất kỳ chi tiết cụ thể nào, trích dẫn các mối quan tâm về sở hữu trí tuệ. Ông chỉ nói rằng phòng thí nghiệm chuyên về "chất xúc tác, màng và chất hấp phụ".
Bosserez viết trong một email: "Sử dụng chuyên môn của mình trong lĩnh vực này, chúng tôi đã có thể phát triển một hệ thống rất hiệu quả trong việc lấy nước từ không khí và chia nó thành hydro bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời. " Khi được hỏi về một số thách thức kỹ thuật mà họ phải đối mặt trong một thập kỷ phát triển, ông nói, "Phần khó khăn nhất là lấy nước ra khỏi không khí."
Các bài báo học thuật cung cấp manh mối rải rác về công nghệ, mặc dù Bosserez nói rằng nghiên cứu của họ "vượt xa những gì chúng tôi xuất bản". Trong những năm gần đây, các kỹ sư đã nghiên cứu hiệu quả của nhiều loại vật liệu, bao gồm xốp, đa ngã bapin mặt trời siliconvới "kích thước lỗ chân lông quy mô micromet";chất xúc tác màng mỏngđược làm từ oxit mangan (III); và poly (rượu vinyl)màng trao đổi anionliên quan đến dung dịch kali hydroxit và chất xúc tác dựa trên niken.
Martens nói chung rằng nhóm của ông đang sử dụng "nguyên liệu giá rẻ" thay cho kim loại quý và các thành phần đắt tiền khác. Chúng tôi muốn thiết kế một cái gì đó bền vững có giá cả phải chăng và có thể được sử dụng thực tế ở bất cứ đâu,anh ấy nói với VRT, một mạng lưới phát sóng công cộng ở Bỉ.
Các nhà nghiên cứu có kế hoạch thử nghiệm nguyên mẫu của họ tại một ngôi nhà ở thị trấn nông thôn Oud-Heverlee. Hydro sẽ được lưu trữ trong một bình áp suất nhỏ, dưới lòng đất trong những tháng mùa hè, sau đó được bơm khắp nhà trong mùa đông. Nếu tất cả đi theo kế hoạch, Martens nói rằng nhóm có thể lắp đặt 20 tấm tại nhà, hoặc xây dựng một hệ thống khu phố lớn hơn để cho phép các gia đình khác sử dụng hydro "xanh".
Fenton, thuộc Trung tâm Năng lượng Mặt trời Florida, cho biết còn quá sớm để xác định liệu các tấm pin mặt trời sản xuất hydro có thể trở nên khả thi về mặt kinh tế hay không. Công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển rất sớm, và đặc biệt là ở Hoa Kỳ, các nhiên liệu sưởi ấm hiện có như khí đốt tự nhiên tương đối rẻ. Tuy nhiên, khi các quốc gia làm việc để giải quyết biến đổi khí hậu, và khi nhiều cộng đồng lắp đặt cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo địa phương như năng lượng mặt trời áp mái, ông thấy vai trò tiềm năng cho các hệ thống hydro này.
Fenton nói: "Nếu ứng dụng hoạt động, nó có thể cho vay rất tốt để tạo ra hydro mà tôi có thể lưu trữ và sử dụng để sưởi ấm ngôi nhà của mình, để nấu ăn, có thể chạy nó trong xe pin nhiên liệu của tôi. " "Đó là những cơ hội tương lai. Nhưng đó vẫn là điều chúng tôi cần chuẩn bị."
