Đôi điều về công nghệ fuel cells

    Như chúng ta đã biết, hiện nay trái đất đang nóng dần lên do biến đổi khí hậu và hiệu ứng nhà kính. Bên cạnh đó, ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, chủ yếu do phát thải từ các thiết bị sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch (fossil fuel). Do vậy, hằng năm các tổ chức bảo vệ môi trường trên thế giới họ cùng nhau họp bàn để đưa ra những phương án cùng nhau bảo vệ môi trường. Các nước hiện nay cũng đã có những lộ trình nhằm mục đích bảo vệ môi trường bằng cách tối ưu hóa, cải tiến các thiết bị sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch. Việc đó nhằm mục đích hạn chế khí phát thải ra môi trường. Một trong những thành tố góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, không phát sinh khí độc hại, thân thiện với môi trường không đâu khác chính là hyrogen energy (năng lượng khí hydrogen).

    Trong tương lai gần ô tô và các thiết bị khác sẽ sử dụng năng lượng siêu sạch (Fuel Cells) đặc biệt là PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells). Loại này sử dụng khí hydrogen là nhiên liệu. Có 2 loại chính (bài này đang nói về phân loại PEMFC, còn fuel cells có mấy loại thì tôi phân tích ở những bài sau):

1) Loại Closed-Cathode PEMFC dùng khí khí hydrogen tinh khiết (pure hydrogen) và khí oxy tinh khiết (pure oxygen), loại này hiệu suất rất cao, tuy nhiên lại phải thêm 1 bình khí oxy nữa, chiếm diện tích nên ít được dùng, chỉ dùng trong những việc quan trọng, cần thiết. Ví dụ: như tàu ngầm, tàu ngầm không người lái UUV (Unmaned Under Vehicles), do tàu ngầm hoạt động ở dưới nước, việc lấy khí oxy không thể từ không khí được mà phải có một bình khí nén oxygen để cung cấp nhiên liệu.

2) Loại Open-Cathode PEMFC: dùng khí hydrogen là nhiên liệu và khí oxygen lấy từ không khí, thông qua một quạt thổi vào (quạt này có công dụng vừa thổi không khí vào, vừa tản nhiệt). Loại này hiệu suất thấp, nhưng có ưu điểm là gọn, vì chỉ cần một bình chứa hydrogen (Hydrogen tank), không cần bình oxygen và hiện nay nó được sử dụng cho xe hơi, các thiết bị bay không người lái (UAV-Unmaned Aerial Vehicles), tàu thủy, máy bay,...

    Hiện nay, người ta đã có công thức để chế tạo khí hydrogen từ các nguồn liệu khác nhau, nhưng hiệu quả chưa cao, do đó họ vẫn tiếp tục cải tiến. Tôi nghĩ không xa nữa đâu các thiết bị sử dụng nguồn hydrogen sẽ thịnh hành.

    Hydrogen có thể sản xuất từ nước ngọt, nước biển, dầu mỏ, bùn, các loại biomass, cồn,... Công nghệ lưu trữ năng lượng (Energy Store) trong tương lai sẽ phát triển vượt bậc trong đó có hydrogen, mặc khác xăng dầu (fossil fuel) sẽ bị hạn chế trong thời gian gần, vì quá ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, khi sử dụng nhiên liệu hydrogen thì khí thải chỉ tạo ra hơi nước, trong khi đó nếu sử dụng nhiên liệu hóa thạch thì rất ô nhiễm do khí thải toàn độc hại, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và con người.

    Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu thành công về công nghệ sản xuất khí hydrogen và thiết bị điện hóa fuell cells. Tuy nhiên, nó vẫn chưa thịnh hành. Vì các lý do như: ô tô loại này hoặc các thiết bị dùng nhiên liệu hydrogen thì cần phải trang bị một bình khí nén, do đó dễ nổ (đây chỉ là ý do rất rất nhỏ thôi, thực tế nó không nguy hiểm đâu, vì người ta đã tính toán thiết kế bình áp suất), cồng kềnh, chiếm diện tích lớn (nguyên nhân chính), giá thành hydrogen hơi cao hơn giá nhiên liệu hóa thạch. Hiện nay, họ tiếp tục cải tiến làm sao dung tích chứa hydrogen là nhỏ, gọn nhưng thời gian để cung cấp nhiên liệu cho thiết bị là lâu hơn.

Tôi hi vọng rằng, trong tương lai nguồn năng lượng siêu sạch này sẽ thịnh hành trên thế giới. Nhiều phát minh sáng chế về công nghệ này các hãng họ đã làm rồi, nhưng "cất kho" một dịp nào đó họ sẽ tung ra thị trường. Các đội ngữ R&D Dept của họ ngày đêm tiếp tục nghiên cứu, cải tiến tối ưu hóa hệ thống.

Hành tinh của chúng ta sắp được cứu rồi các bạn ạ! :))

(Trường An Đỗ Tấn Thích)