Pin nhiên liệu: Những nghiên cứu đầu tiên ở VN

Cơn sốt chạy đua nghiên cứu, chế tạo pin nhiên liệu

14:09' 13/06/2005 (GMT+7)

Hoa Kỳ đã cam kết chi 1,7 tỉ đô-la để phát triển các công nghệ sử dụng khí hydro và pin nhiên liệu dùng cho ô tô và những ứng dụng tĩnh. Trong khi đó, có tin Liên minh châu Âu cũng đã dành 2 tỷ USD cho những nghiên cứu tương tự... Lợi ích của pin nhiên liệu là giảm sự phụ thuộc của con người vào dầu mỏ - nguồn nhiên liệu hoá thạch sắp cạn kiệt và hay biến động về giá. Theo ước tính của Bộ Năng lượng Mỹ, nếu 10.000 xe ôtô sử dụng pin nhiên liệu thì lượng dầu mỏ tiêu thụ sẽ giảm 32 triệu lít mỗi năm. Nếu 10% ôtô trên toàn nước Mỹ sử dụng pin nhiên liệu, mỗi năm sẽ giảm được 1 triệu tấn chất gây ô nhiễm không khí và 60 triệu tấn CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Không phụ thuộc dầu mỏ Số pin nhiên liệu được sản xuất từ 1990 tới 2004, tích luỹ qua từng năm. Kết quả khảo sát được công bố tháng 12/2004 của Fuel Cells Today cho thấy số hệ thống pin nhiên liệu hoàn chỉnh (có khả năng sản xuất điện độc lập) trên toàn thế giới đã vượt qua con số 11.000 đơn vị. Pin nhiên liệu được sản xuất dưới nhiều kích cỡ, tạo ra lượng điện vừa phải để chạy các thiết bị xách tay, ôtô hoặc lượng điện lớn để phục vụ sản xuất, sinh hoạt gia đình và quân sự (hệ thống pin nhiên liệu dưới dạng nhà máy điện). Trong lĩnh vực vận tải, phải kể tới Câu lạc bộ xe buýt nhiên liệu. Câu lạc bộ này có tổng cộng 33 xe buýt hiệu DaimlerChrysler Citaro dùng pin nhiên liệu hiệu và đang chạy ở 11 thành phố trên thế giới. Mỗi thành phố có một trạm hydro. Tính tới cuối tháng 4/2005, đội xe trên đã hoạt động được 50.000 giờ và các báo cáo cho thấy công nghệ xe buýt này đang hoạt động tốt. Tuy nhiên, công nghệ nạp nhiên liệu vẫn chưa đáng tin cậy và cần nghiên cứu, phát triển hơn nữa trước khi thương mại hoá. Về mặt kỹ thuật thì pin nhiên liệu là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện hoá, nghĩa là biến hydro và oxy thành nước và trong tiến trình đó tạo ra điện. Pin bình thường là một thiết bị điện hoá khác mà tất cả chúng ta quen thuộc. Pin bình thường chứa hoá chất bên trong và biến những hoá chất đó thành điện. Điều đó có nghĩa là cuối cùng nó sẽ ''chết'' và người sử dụng phải vứt bỏ hoặc tái nạp. Với pin nhiên liệu, hoá chất không ngừng chảy vào pin, do đó nó không bao giờ chết. Chừng nào còn được cung cấp hoá chất, pin sẽ cung cấp điện. Ngày nay, phần lớn pin nhiên liệu sử dụng hydro và oxy làm nguồn chạy pin, một số khác dùng methane và methanol lỏng... Cho tới cuối tháng 12/2004, trên thế giới có tổng cộng gần 80 xe buýt pin nhiên liệu đã được sản xuất và 65 trong số đó đang hoạt động. Số ôtô con dùng pin nhiên liệu là 500 xe và dự báo có thể đạt 600 vào cuối năm 2005. Trong khi đó, có khoảng 700 hệ thống pin nhiên liệu công suất lớn hơn 10kW và gần 3.000 hệ thống có công suất 1-10kW đã được lắp đặt trên toàn thế giới. Chúng cung cấp điện cho hộ gia đình, bệnh viện, nhà máy... Ngoài ra, các công ty cũng đã sản xuất khoảng 7.000 pin nhiên liệu dành cho thiết bị cầm tay. Chạy đua đưa pin nhiên liệu vào cuộc sống Theo các tin tức đã công bố trên báo chí, vào tháng 3/2003, Bộ Năng lượng Mỹ đã khởi động các công trình theo chương trình "Sáng kiến về hydro - nguyên tử" nhằm tạo ra trước năm 2015 tổ hợp hydro - nguyên tử về sản xuất hydro bằng lò phản ứng hạt nhân nhiệt độ cao. Tháng 6/2003, tại kỳ họp của Cơ quan năng lượng quốc tế Bộ trưởng năng lượng Mỹ Spencer Abraham đã tuyên bố rằng sau 20 năm nữa toàn thế giới (các nước phát triển sẽ sớm hơn) sẽ chuyển sang loại nhiên liệu mới hydro. Tháng 7/2003, Thượng Viện Mỹ đã cấp ngân sách cho sáng kiến về hydro - nguyên tử gấp 2 lần so với đề nghị của chính quyền Tổng thống Mỹ. . Hoa Kỳ đã cam kết chi 1,7 tỉ đô-la để phát triển các công nghệ sử dụng khí hydro và pin nhiên liệu dùng cho ô tô và những ứng dụng tĩnh. Trong khi đó, có tin Liên minh châu Âu cũng đã dành 2 tỷ USD cho những nghiên cứu tương tự... Các loại pin nhiên liệu chính hiện nay là Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (Proton exchange membrane fuel cell - PEMFC), Pin nhiên liệu ô-xýt rắn (Solid oxide fuel cell - SOFC), Pin nhiên liệu carbonate nấu chảy (Molten carbonate fuel cell - MCFC), pin nhiên liệu axít phosphoric (Phosphoric-acid fuel cell - PAFC). PEMFC là loại pin nhiên liệu phổ biến và hứa hẹn nhất, chiếm 65% tổng số đơn vị. Hiện có khoảng 80 công ty trên toàn thế giới đang phát triển PEMFC, chủ yếu sử dụng cho ôtô, xe buýt và thậm chí là cung cấp điện cho hộ gia đình. PEMFC hoạt động ở nhiệt độ tương đối thấp (chừng 80 độ C) nên chúng ấm lên nhanh chóng và không cần bình chứa đắt tiền. Pin PEMFC do công ty Ballard sản xuất. Lọai pin nhiên liệu ô-xýt rắn (SOFC) phù hợp nhất đối với các nhà máy điện quy mô lớn, cung cấp điện cho nhà máy hoặc thành phố. SOFC hoạt động ở nhiệt độ rất cao (chừng 1.000 độ C). Nhiệt độ cao này làm giảm độ tin cậy song lại có lợi thế: hơi nước mà pin nhiên liệu tạo ra có thể được dẫn vào tuốc-bin để sản xuất nhiều điện hơn, cải thiện tính hiệu quả của toàn hệ thống. Riêng trong lĩnh vực này, Bộ Năng lượng Mỹ đang thực hiện 11 dự án với tổng giá trị gần 4,2 triệu USD, tập trung vào giải quyết những vướng mắc trong việc phát triển các hệ thống SOFC dùng trong thương mại. Một trong những mục tiêu là giảm chi phí đầu tư ban đầu của SOFC xuống còn 400 USD/kWh. Với mức này, pin nhiên liệu sẽ có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ với điện thông thường. Thị trường SOFC toàn cầu năm 2003 là 123 triệu USD, trong đó Bắc Mỹ chiếm ít nhất 67 triệu USD. Dự đoán trong năm 2005, con số này sẽ tăng lên 360 triệu USD. Về pin nhiên liệu để chạy xe hơi, theo một chuyên gia Mỹ, hydro giá khoảng 2 USD/kg, và 1 kg hydro sản xuất được một khối năng lượng gần tương đương với khoảng 3,8 lít xăng thường. Nghe có vẻ hấp dẩn, thế nhưng một chiếc xe hơi Opel Zafira có động cơ để chạy pin nhiên liệu hydro hiện có giá tới ...chừng 1 triệu USD! Người ta hy vọng, khi xe được sản xuất với số lượng lớn hơn thì giá cả sẽ giảm xuống. Riêng đối với các loại thiết bị xách tay dùng pin nhiên liệu, tình hình xem chừng có khả quan hơn... Các hãng Casio, Hitachi, Motorola, NEC, Smart Fuel Cell và Toshiba đang phát triển pin nhiên liệu chạy bằng methanol (DMFC) dùng cho máy tính xách tay. Dự kiến, pin sẽ được thương mại hoá trong năm 2005. Trở ngại đang khắc phục Tế bào nhiên liệu vẫn còn là một công nghệ non trẻ. Việc phát triển nó vẫn còn gặp nhiều thách thức về mặt kỹ thuật và vấn đề lớn nhất là giá thành quá cao. Tuy nhiên, với sự tiến bộ về công nghệ, trong tương lai, pin nhiên liệu sẽ cạnh tranh với nhiều loại thiết bị chuyển đổi năng lượng khác, trong đó có tuốc-bin khí của một số nhà máy điện, động cơ xăng trong ôtô và pin trong máy tính xách tay. Ôtô F-Cell chạy bằng pin nhiên liệu. Hydro và oxy là những nguyên tố dồi dào nhất trên trái đất. Oxy cần cho tế bào nhiên liệu được lấy từ không khí. Tuy nhiên, nguồn hydro thì vẫn còn hạn chế: không giống dầu hoặc than, trước khi được sử dụng trong các tế bào nhiên liệu, con người phải sản xuất hydrogen từ nước, hoặc các hydrocarbon chẳng hạn như xăng, propane, khí tự nhiên, methanol và ethanol bởi không có mỏ hydrogen tự nhiên dưới lòng đất. Ngoài ra, rất khó chứa và phân phối hydro. Chẳng hạn như chưa có đường ống dẫn hydro tới các ngôi nhà và rất ít các trạm tiếp hydro dọc đường (trên thế giới mới chỉ có 150 trạm hydro và trong năm nay sẽ có thêm 15 trạm nữa). Chính sự hạn chế đó đã làm cho pin nhiên liệu trở nên không thực tiễn trong hầu hết các ứng dụng. Các nhà khoa học đã chế tạo một thiết bị có tên là bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi này biến hydrocacbon hoặc cồn nhiên liệu thành hydro, rồi cung cấp cho pin nhiên liệu. Tuy nhiên, các bộ chuyển đối không hoàn hảo, tạo ra nhiệt và các loại khí khác ngoài hydro. Hydro không tinh khiết sẽ hạ thấp hiệu suất của pin nhiên liệu. Do vậy, sẽ thuận tiện hơn nếu pin nhiên liệu trực tiếp sử dụng các loại nhiên liệu sẵn có hơn chẳng hạn như khí tự nhiên, propane và methanol. Nhiều người có đường ống khí tự nhiên hoặc bình propane trong nhà của họ, do vậy nhiên liệu này có thể được sử dụng cho pin nhiên liệu gia đình. Methanol là một loại rượu có quy trình sản xuất đơn giản, giá thành rất thấp, có tính chất tương tự xăng, dễ vận chuyển và phân phối nên có thể là một ứng cử viên hứa hẹn để sử dụng cho pin nhiên liệu chạy ôtô, xe máy, điện thoại di động, máy tính xách tay. Xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu do Trung Quốc sản xuất. Hệ thống pin nhiên liệu cỡ nhỏ dùng trong viễn thông tại Ailen. Một trạm hydro tại Ailen. Hệ thống pin nhiên liệu sản xuất điện tại nhà máy xử lý nước thải ở Washington Minh Sơn (Tổng hợp)

Gửi tin qua Mobile Gửi tin qua E-mail In tin Gửi phản hồi

TIN LIÊN QUAN:

Sanyo, IBM chế tạo pin nhiên liệu cho laptop Thinkpad

KDDI: Phát triển ĐTDĐ dùng pin nhiên liệu

Giới thiệu xe tay ga chạy pin... ở VN!

Pin nhiên liệu hoạt động nhờ...vi khuẩn!

Ôtô Hybrid giảm ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng

Công nghệ nano bảo đảm an ninh năng lượng Pin nhiên liệu: Những nghiên cứu đầu tiên ở VN 10:58' 13/06/2005 (GMT+7) Trong khi thế giới đang tập trung nghiên cứu pin nhiên liệu thì ở VN, một số nhà khoa học cũng đã bắt tay vào nghiên cứu vấn đề này. Kết quả bước đầu cho thấy, đã có những thành tựu nhất định trong việc nghiên cứu pin nhiên liệu ở VN Vào cuối năm 2004, TS Nguyễn Mạnh Tuấn, Phân viện Vật lý tại TP.HCM đã công bố những kết quả nghiên cứu đầu tiên của mình về pin nhiên liệu. Chỉ với 250 ml cồn cho ra 600 W/giờ điện TS Nguyễn Mạnh Tuấn bên cạnh một loại vật liệu làm màng điện cực cho pin nhiên liệu Loại pin nhiên liệu mà TS Nguyễn Mạnh Tuấn nghiên cứu là pin sử dụng cồn methanol. Theo TS Nguyễn Mạnh Tuấn, có cả chục lọai pin nhiên liệu khác nhau. Có lọai dùng để cấp điện cho các thiết bị lớn như trạm không gian, xe ô tô. Có lọai dùng cấp điện cho các thiết bị cầm tay như máy tính xách tay, điện thọai di động... Đặc điểm chung của pin nhiên liệu là thường sử dụng nhiên liệu như hydro, cồn... hoặc một số chất liệu khác. Đối với pin nhiên liệu dùng cấp điện cho các thiết bị lớn, người ta phải duy trì nhiệt độ từ hàng trăm đến hàng ngàn độ C thì pin mới họat động tối ưu. Thế nhưng, vấn đề đặt ra là, đối với các thiết bị cầm tay, cần phải làm thế nào để pin nhiên liêu có thể họat động tối ưu ở nhiệt độ phòng (20-40 độ C). Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của pin nhiên liệu cồn TS Nguyễn Mạnh Tuấn cho biết, trong điều kiện VN, nếu nghiên cứu, chế tạo pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu hydro sẽ có nhiều khó khăn trong việc bảo hành, tồn trữ (hydro dễ rò rĩ, nếu gặp tia lửa điện trong không khí sẽ phát nổ). Trường hợp sử dụng cồn làm nhiên liệu sẽ có những ưu điểm, như nhiệt độ làm việc thấp, an tòan trong tồn trữ và vận chuyển, thời gian pin họat động bền lâu. Do đó, TS Nguyễn Mạnh Tuấn đã hướng đến nhiều hơn việc nghiên cứu pin nhiên liệu sử dụng cồn Methanol làm nhiên liệu. Pin nhiên liệu do Phân viện Vật lý tại TP.HCM chế tạo Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học ở Phân Viện Vật lý tại TP.HCM đã nghiên cứu, chế tạo các điện cực dùng màng thẩm thấu carbon cho phép có độ dẫn điện cao và cho chất khí đi ngang qua. Đồng thời, các nhà khoa học cũng chế tạo chất điện phân dùng giấy màng lọc thủy tinh có lỗ thấm siêu nhỏ thay cho chất polymer Nafion (PEM) của hãng DuPont. Quá trình nghiên cứu đã cho ra lọai pin nhiên liệu có hiệu suất chuyển hóa điện năng 50%, với 250 ml cồn có thể cấp 600W/ giờ điện. TS Nguyễn Mạnh Tuấn tiết lộ, hiện đã có một số doanh nghiệp liên hệ để hợp tác sản xuất pin nhiên liệu. Tuy nhiên, vẫn còn những vướng mắc về mặt kỹ thuật trước khi đưa vào sản xuất pin nhiên liệu và vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu thêm. Khu công nghệ cao TP.HCM sẽ sản xuất pin nhiên liệu? Trong khi đó, mới đây, vào đầu tháng 6/2005, TS Nguyễn Chánh Khê tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển (TT R&D) - Khu công nghệ cao TP.HCM (Tên giao dịch: SHTP) cũng đã công bố nghiên cứu thành công pin nhiên liệu. Lọai pin nhiên liệu mà SHTP nghiên cứu cũng sử dụng cồn làm nhiên liệu họat động cho pin. Tuy nhiên, TS Nguyễn Chánh Khê cho biết, thành quả quan trọng trong nghiên cứu của mình là chế tạo được màng chuyển hoán proton (Proton Exchange Membrane), vốn là cái lõi chính của công nghệ đã và đang được nghiên cứu từ vật liệu nano trong nước. Màng chuyển hóa proton (H+) hay còn gọi là màng điện hóa, xử dụng chất dẫn dụ của Teflon vốn là chất chống bám dính, có mang một số gốc dẫn proton. Dung dịch nước với rượu methanol khi di qua màng sẽ tách thành proton H+ và cung cấp điện tử cho mạch ngoài tạo thành năng lượng. Pin nhiên liệu bằng công nghệ nano Việt Nam do SHTP chế tạo Hiện nay, pin nhiên liệu do Khu công nghệ cao TP.HCM chế tạo hoạt động trong một tuần lễ. Sau đó chỉ cần nhỏ thêm một vài giọt dung dịch gồm nước và cồn, một cục pin nhiên liệu có thể sử dụng cho đến khi màng chuyển hóa bị hư. Tuy nhiên đây là dạng màng có thể tái sử dụng và TT R&D của SHTP sẽ sản xuất đại trà trong tương lai. Không dừng lại ở hiệu suất chuyển hóa điện năng của loại pin này gần 80%, Trung tâm R&D đang tiến hành một nghiên cứu mới để tận dụng hết mọi khả năng chuyển hóa điện năng của pin nhiên liệu. "Chúng tôi đang nghiên cứu một chất xúc tác mới, có có khả năng dẫn đến hiệu suất chuyển hóa điện năng 100% dựa vào phản ứng liên hoàn " TS. Nguyễn Chánh Khê tiết lộ. Tùy theo vật liệu bên trong, ứng dụng của loại pin này vô cùng rộng rãi. Ở quy mô nhỏ, pin nhiên liệu được dùng cho các loại máy tính xách tay, điện thoại di động hay máy chụp hình kỹ thuật số. Ở qui mô lớn, pin nhiên liệu sẽ thay thế xăng dầu để chạy xe gắn máy. Trong tương lai, chúng ta có thể sử dụng các nguyên tắc pin nhiên liệu khác nhau cung cấp điện năng cho xe hơi hay trong các nhà máy phát điện. Nhưng khi đến lúc đó, dung dịch không còn là nước pha với rượu, mà là một loại oxyt rắn. TS. Nguyễn Chánh Khê cho biết, trong năm 2005, nhóm nghiên cứu của ông nhất định lấy cho được bản quyền phát minh tại Hiệp hội phát minh Hoa Kỳ, để tiến hành sản xuất. Nhà máy sản xuất của SHTP đang được xây dựng tại quận 9 với tổng số tiền đầu tư cho trang thiết bị là trên 11 triệu USD. Vì vậy việc sản xuất pin nhiên liệu cũng trở nên dễ dàng hơn. Tuy rằng chưa thể ước tính được giá thành, nhưng ông chắc chắn rằng nó sẽ rẻ hơn rất nhiều so với các loại pin thương mại hiện đang có trên thị trường và rẻ hơn sử dụng xăng. Hương Cát