Hydro được đánh giá như một nhiên liệu tiềm năng, thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực như phương tiện vận tải nặng, tàu thuyền, máy bay, nơi hệ thống pin thường gặp khó khăn với trọng lượng, phạm vi hoạt động. Khi được sử dụng trong pin nhiên liệu hoặc đốt cháy, hydro chỉ tạo ra nước, loại bỏ khí thải CO₂ tại điểm sử dụng.
Hydro “xanh” sản xuất bằng năng lượng tái tạo, cũng có thể lưu trữ điện gió, điện mặt trời dư thừa, giúp ổn định lưới điện. Mặc dù vẫn còn những thách thức về chi phí và cơ sở hạ tầng, hydro mang đến một lộ trình linh hoạt, có thể mở rộng để khử carbon ở một số ngành sản xuất, nơi nhiên liệu hóa thạch hiện đang chiếm ưu thế.
Điều đó nghe có vẻ tốt, nhưng hầu hết hydro hiện nay không phải là hydro “xanh” đúng nghĩa, vì nó sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch và lãng phí rất nhiều năng lượng. Hydro “xanh” đích thực thì sạch, nhưng hiện tại lại quá đắt để có thể sản xuất với quy mô lớn.
Nghiên cứu sinh tiến sĩ, Yukihiro Takahashi, từ Đại học khoa học và công nghệ Na Uy (NTNU) tìm ra cách để sản xuất hydro rẻ hơn, hiệu quả và nhanh hơn. Nếu được mở rộng quy mô, quy trình mới có thể giúp sản xuất hydro trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế. Nghiên cứu này đăng trên tạp chí Norwegian Research Information Repository.
Hiện nay, phần lớn nhiên liệu hydro được sản xuất bằng cách tách nước thành hydro và oxy, bằng điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo thông qua quá trình gọi là điện phân nước kiềm (AWE). Bên trong thiết bị này là các tấm kim loại (điện cực) dẫn điện, chịu được các điều kiện hóa học khắc nghiệt và giúp phản ứng diễn ra nhanh hơn.
Để hoạt động, các tấm này thường được phủ niken. Niken rất quan trọng vì nó chống ăn mòn trong môi trường kiềm, đồng thời hoạt động như một chất xúc tác, đẩy nhanh quá trình sản xuất hydro. Tuy nhiên, có một điều cần lưu ý ở đây.
Niken thường được phủ bằng phương pháp mạ điện để các ion niken bám vào tấm kim loại. Nhưng nếu việc mạ điện không phân bố đều, điều này có thể dẫn đến lớp phủ không đồng đều, gây lãng phí niken và tạo ra các lớp phủ dày hơn mức cần thiết. Hạn chế này dẫn đến hiệu suất kém và chi phí cao hơn dự kiến.
Để cải thiện tình trạng này, Takahashi giới thiệu chất tạo phức, giúp liên kết các ion niken với các tấm điện cực, đồng thời làm chậm quá trình lắng đọng niken không kiểm soát. Điều này giúp niken liên kết đồng đều và dễ dự đoán hơn, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.
Takahashi đạt được điều này thông qua mô hình toán học dự đoán, mô phỏng cách niken hoạt động trong các điều kiện khác nhau, như thay đổi độ pH, dòng điện khác nhau và độ dày lớp phủ. Mô hình mới có thể dự đoán kết quả của lớp phủ sẽ như thế nào trước khi thực hiện, dẫn đến giảm thiểu các lô sản phẩm bị lỗi, giảm lãng phí nguyên vật liệu và tối ưu hóa quá trình sản xuất.
Nghiên cứu này không chỉ quan trọng đối với việc thiết kế niken và máy điện phân. Điều này cũng giúp tiết kiệm thời gian, năng lượng và nguyên vật liệu trong sản xuất. Cuối cùng dẫn đến giảm chi phí trên mỗi đơn vị hydro xanh. Phương pháp này cũng có thể áp dụng cho các quy trình điện hóa khác, không chỉ riêng hydro.
