Tiểu luận Năng lượng Hydro

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KINH TẾ QUẢN LÝ -----š›&š›----- BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: “NĂNG LƯỢNG HYDRO” Giáo viên hướng dẫn: Phạm Thị Thu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hương MSSV: 20104722 Trương Thị Tuyết Mai MSSV: 20104570 Nguyễn Cảnh Vân MSSV: 20104809 Đinh Ngọc Tú MSSV: 20104804 Trần Thanh Quang MSSV: 20104755 Dương Hải Vũ MSSV: 20104812 Lớp: Kinh tế công nghiệp K55 Hà Nội, tháng 10 năm 2012 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, nhiên liệu hóa thạch chủ yếu là than đá và dầu mỏ. Việc tạo ra than đá và dầu mỏ là 1 quá trình xảy ra hàng triệu năm. Đó là quá trình mà các hợp chất hữu cơ khác bị vùi lấp lâu ngày bị phân hủy tạo nên. Vì vậy khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sẽ xảy ra việc phát thải khi CO2, lượng CO2 này phải mất hằng triệu năm các loại thực vật mới hấp thụ hết. Vì vậy người ta nói nhiên liệu hoá thạch là không tái tạo. Thế giới của chúng ta đang bị phụ thuộc nặng nề vào một nền kinh tế nhiên liệu hóa thạch. Nhiên liệu của đa số phương tiện giao thông vận tải hiện nay: xe hơi, xe lửa, máy bay.. là xăng dầu. Hơn nữa, một tỉ lệ khá cao các nhà máy điện dùng dầu hỏa, khí thiên nhiên hay than đá. Nếu không có nhiện liệu hóa thạch, nền kinh tế cùng với các phương tiện giao thông, liên lạc, vận tải sẽ rơi vào khủng hoảng ngừng trệ. Vì vậy, toàn bộ nền kinh tế, xã hội hiện đại đã bị phụ thuộc vào nhiên liệu háo thạch. Trong khi nhiên liệu hóa thạch giữ vài trò quan trọng trong việc đưa xã hội đến mức phát triển như ngày nay thì nó cũng tồn tại vấn đề nhức nhối lớn: ô nhiễm không khí, các vấn đề về môi trường như tràn dầu, biến đổi khí hậu toàn cầu. Ngoài ra nhiên liệu hóa thạch không hề được tái tạo, và việc dựa trên nhiên liệu hóa thạch còn làm cho một số nước không có tài nguyên sẽ bị phụ thuộc vào những nước có nguồn dầu dồi dào như khu vực Trung Đông, từ đó dẫn đến nhiều hậu quả chính trị khác, thậm chí là chiến tranh. Giữa bối cảnh đó, năng lượng hydro – nguồn năng lượng dựa trên nguyên liệu sạch, dồi dào, dựa trên mục tiêu phát triển bền vững của nhân loại xuất hiện như một giải pháp đầy tiềm năng. Nền kinh tế dựa vào năng lượng hydro hứa hẹn sẽ đẩy lùi tất cả những vấn đề do nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch gây ra. Đây cũng chính là lý do chúng em chọn đề tài này. Đây là một đề tài khá mới mẻ, trong quá trình tìm hiểu đề tài, tuy đã cố gắng hết sức nhưng chắc hẳn không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm chúng em hi vọng nhận được sự góp ý từ cô giáo và các bạn. Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến cô giáo đã tạo điều kiện và hướng dẫn nhóm thực hiện đề tài này. Nhóm sinh viên. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG HYDRO Khái niệm hydro và đặc tính của hydro Khái niệm Hydro là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Ở nhiệt độ thấp và áp suất tiêu chuẩn Hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử. Tuy vậy, trên trái đất hydro có rất ít trong khí quyển, nguồn chủ yếu của nó là nước (H2O), các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ, than, nhiên liệu hóa thạch, khí tự nhiên ... Hydro đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng. Tại sao lại là năng lượng Hydro (Đặc tính) Trong lĩnh vực năng lượng hydro thể hiện chất mang năng lượng gần như hoàn hảo. Hydro khi cháy trong không khí ở nồng độ trong giới hạn 4-75% thể tích, nhiệt độ cháy của hydro cao nhất đạt được 2318 oC ở nồng độ 29% thể tích, nếu cháy trong ôxy - nhiệt độ có thể lên đến 3000 oC ,cao nhất so với tất cả các loại khí khác như khí metan (CH4) chỉ đạt 2148 oC, propan (C3H8) - 2385 oC. Nhiệt độ tự bốc cháy của hydro là 585 oC còn metan 540 oC , propan 487 oC. Mặt khác trong phân tử không chứa cácbon nên sản phẩm cháy hoàn toàn là nước, không phát thải các chất độc hại – rất sạch và thân thiện với môi trường. Hydro không có sẵn trong thiên nhiên nhưng được xem là một dạng năng lượng tái tạo như những dạng năng lượng tái tạo khác. Nguyên nhân vì hydro được tách ra từ nước nhờ vào các nguồn năng lượng: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt , năng lượng nước, vì vậy hydro cũng mang đầy đủ những đặc tính của một dạng năng lượng tái tạo, nghĩa là có thể tái tạo vô hạn cho con người sử dụng. Hydro còn có thể thu được từ năng lượng sinh khối trực tiếp bằng con đường cải tạo hơi nước khí metan (CH4) hoặc bằng con đường khí hoá trong điều kiện có mặt hơi nước các vật liệu phế thải chứa cacbon dạng cellulose như củi,gỗ,rơm ,bã mía ... Quá trình sản xuất hydro từ năng lượng sinh khối nói trên hoàn toàn giống như quá trình sản xuất hydro trong công nghiệp hoá học hiện nay. Tuy nhiên một điểm khác biệt quan trọng so với các dạng năng lượng tái tạo khác là chúng không thể chứa và trữ lại để sử dụng mọi lúc mọi nơi . Còn chất mang năng lượng hydro thì có thể lưu giữ, tồn chứa, vận chuyễn, phân phối như tính chất của các dạng năng lượng hoá thạch, để con người sử dụng khi cần đến – Hay nói cách khác nó là chất chuyễn tải năng lượng. So sánh đặc tính năng lượng của hydrogen: Hydro ở áp suất bình thường là chất khí không màu, không mùi. Tỷ trọng 0,0899g/lít.  Hydro sôi ở nhiệt độ - 252,77 oC, hydro lỏng có tỷ trọng 70,99 g/lít. Bảng1: So sánh đặc tính năng lượng của chất mang năng lượng khi cháy. Đơn vị H2 CH4 C3H8 Nhiệt trị thấp kj/kg 119,972 50,020 46,350 Nhiệt trị cao kj/kg 141,890 55,530 50,410 Tỷ trọng kg/m3 0,08988 0,7175 2,011 Bảng2: So sánh mật độ năng lượng của chất mang năng lượng . Chất mang năng lượng Dạng tích trữ Mật độ năng lượng theo trọng lượng kWh/kg Mật độ năng lượng theo thể tích kWh/lít Hydro Khí (20 Mpa) 33,3 0,53 Khí (30 Mpa) 33,3 0,75 Lỏng (-253oC) 33,3 2,36 Khí thiên nhiên Khí (20 Mpa) 13,9 2,58 Khí (30 Mpa) 13,9 3,01 Xăng Lỏng 12,7 8,67 Với những đặc tính này hydro có năng lượng tính theo đơn vị khối lượng là cao nhất. Cách sản xuất hydro Có thể sản xuất hydro từ khí đốt thiên nhiên, than đá, nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượng gió, năng lượng sinh khối và năng lượng mặt trời ... thông qua các nhiều phương pháp điều chế khác nhau. Trong đó có 3 phương pháp chính: Phương pháp điện phân nước Phương pháp này dùng dòng điện để tách nước thành khí hydro và oxi. Một số kiểu điện phân là: điện phân thông thường, điện phân ở nhiệt độ cao, điện phân ở áp suất cao, quang điện phân ... Trong đó, quang điện phân đang được ứng dụng nhiều hơn cả. Phương pháp này sử dụng năng lượng mặt trời để tách hydro từ nước ứng dụng hiện tượng quang điện. Khí hydro được sinh ra khi dòng quang điện chạy qua thiết bị điện phân đặt trong nước. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này đó là tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời vô tận. Sơ đồ quá trình quang điện phân Nhiệt hóa nhiên liệu hydrocacbon Hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước: đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydro. Tuy nhiên phương pháp này không được áp dụng để tạo nguồn năng lượng mà chỉ để cung cấp nguyên liệu cho các ngành hóa chất, phân bón, tinh lọc dầu mỏ ... Khí hóa hydrocacbon nặng (dầu mỏ, than đá ...) CO2 + H2 Than đá H2 + CO Hơi nước, xt Nghiền 140000C Bột + H2O Sơ đồ khí hóa hydrocacbon nặng Rõ ràng đây không phải là phương pháp tối ưu. Bất lợi nhất của nó là sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguyên liệu và đồng thời cũng làm nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho quá trình. Nhiên liệu hóa thạch là nguồn nhiên liệu hữu hạn, thêm vào đó việc đốt chúng tạo ra khí cacbonic gây hiệu ứng nhà kính. Do đó phương pháp này xét về lâu dài không bền vững. Tạo ra khí hydro từ khí thiên nhiên mà không thải ra cacbonic: phương pháp này sử dụng công nghệ ở nhiệt độ cao tách hydro và than hoạt tính từ lớp chất hydrocacbon như dầu mỏ hay khí thiên nhiên mà không thải ra cacbonic. Khí hóa sinh khối và nhiệt phân: nguyên liệu sử dụng cho phương pháp này có thể là các mảnh gỗ bào vụn, sinh khối thực vật, rác thải nông nghiệp và đô thị ... Đầu tiên sinh khối được chuyển thành dạng khí qua quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao tạo ra hơi nước. Hơi nước có chứa hydro được ngưng tụ trong các dầu nhiệt phân và sau đó được hóa nhiệt để sinh ra hydro. Có thể thấy phương pháp này hoàn toàn tái tạo được và bền vững. Phương pháp sinh học Một số tảo và vi khuẩn chuyên biệt có thể sản sinh ra hydro như là sản phẩm phụ trong quá trình trao đổi chất của chúng. Các sinh vật này thường sống trong nước, phân tách nước thành khí hydro và oxi. Hiện tại phương pháp này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu. Chu trình sản xuất hydro từ táo xanh Ứng dụng hydro thành nguồn năng lượng Chúng ta đã khá quen thuộc với hình ảnh hydro như là nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp hóa học như: chế tạo ammonia, methanol, lọc dầu, phân bón, luyện kim, mỹ phẩm ... Thế nhưng không chỉ dừng lại ở đó, hydro còn là một nguồn nhiên liệu đầy tiềm năng với những ưu điểm thuận lợi về môi trường và kinh tế. Hydro được ứng dụng thành nguồn năng lượng tái tạo sạch, và thân thiện với môi trường. Với những đặc tính của hydro đã nêu trên, hydro đã được dùng làm nhiên liệu thay thế cho khí thiên nhiên để cung cấp năng lượng phục vụ nhu cầu dân dụng hàng ngày như đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng, ... Hydro cũng có thể được đốt trực tiếp trong các động cơ đốt trong tương tự như trong các loại phương tiện giao thông chạy bằng xăng dầu ngày nay. Xe chạy bằng hydro Máy bay sử dụng nhiên liệu hydro Mặt khác, hydro còn có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống pin nhiên liệu, nhờ quá trình điện hóa sẽ tạo ra điện năng. Nó có thể tạo ra dòng điện liên tục khi có nguồn nhiên liệu cung cấp cho nó, trong khi đó ắc quy cần phải sạc điện sau một thời gian sử dụng. Loại pin nhiên liệu này có ưu điểm là chạy êm, không gây tiếng động, hiệu suất cao. Chính vì những ưu thế vượt trội đó mà hiện nay pin nhiên liệu càng ngày càng được quan tâm và dự báo sẽ trở thành nguồn năng lượng đầy triển vọng trong viễn cảnh tương lai. Pin hydro Sơ đồ cấu tạo pin hydro Một ứng dụng nữa của pin nhiên liệu hydro đó là chế tạo các trạm phát điện. Công nghệ này có ưu điểm rất lớn, giảm thiểu phát thải khí độc hại ra môi trường và hiệu suất sử dụng năng lượng cao. Tuy nhiên giá thành của nó khá đắt và đòi hỏi các bộ lưu điện có công suất lớn. Trạm phát điện hydro lắp ráp tại các gia đình Sơ đồ hoạt động của trạm điện hydro Ưu và nhược điểm của năng lượng hydro Ưu điểm Không gây ô nhiễm: khí hydro được sử dụng trong pin nhiên liệu, nó là một công nghệ hoàn toàn sạch. Sản phẩm phụ duy nhất sinh ra trong quá trình sử dụng là nước. Ngay cả khi sản xuất hydro bằng quá trình điện phân nước cũng không hề tạo ra khí nhà kính nào. Đó là một quá trình lý tưởng và hoàn hảo, điện phân hydro từ nước, hydro lại tái hợp với oxy để tạo ra nước và cung cấp điện năng trong pin nhiên liệu. Không phụ thuộc về kinh tế: nguồn sản xuất hydro từ nước là vô cùng vô tân, không chịu ảnh hưởng của vấn đề nhập khẩu như với dầu thô, do đó sử dụng năng lượng hydro hoàn toàn độc lập về kinh tế quốc gia. Hydro có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau nhất là từ các nguồn năng lượng tái sinh. Như vậy, những lợi ích về mặt kinh tế, xã hội, môi trường của năng lượng hydro là rất đáng kể và ý nghĩa. Tất cả những ưu điểm này làm nên nền tảng cho nhân loại tự tin hướng tới một nền kinh tế hydro. Nhược điểm Gây nguy hiểm Khi đưa hydro vào các bình chứa có khuynh hướng tạo ra dòng tĩnh điện, dễ gây nổ. Hydro gây giòn kim loại Khi hydro cháy nó mang mối nguy hiểm tiềm ẩn bởi ngọn lửa của nó không thể nhận thấy bằng mắt thường. Với cùng một lượng thì hydro sinh ra ít năng lượng hơn xăng nên trong những động cơ sử dụng hydro sẽ yếu hơn. Vận chuyển và lưu trữ khó khăn. CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG NGÀNH NĂNG LƯỢNG HYDRO TRÊN THẾ GIỚI 2.1. Khái quát thực trạng thế giới 2.1.1. Thực trạng ngành năng lương Hydro ở một số nước và khu vực trên thế giới Ở châu âu, vào cuối thế kỷ XIX , người ta sử dụng nhiên liệu đốt được gọi là “khí thành phố” hoặc “khí tổng hợp” – là hỗn hợp H2 với CO, thậm chí đến ngày nay ở một vài nơi tại Đức và Braxin vẫn sử dụng nguyên liệu này. Người ta sử dụng Hydro để lái khí cầu. Bắt đầu từ chuyến bay bằng khí cầu Hydro đầu tiên ngày 27/8/1784 của Jacque Charle tại Pháp. Ở Nga, động cơ ô tô đầu tiên sử dụng Hydro làm nhiên liệu tại Leningrad khi bị Đức bao vây năm 1942. Vào những năm 80, tổ hợp khoa học kỹ thuật hàng không mang tên A.N.Tupolev đã chế tạo ra chiếc máy bay TU -155 đầu tiên sử dụng nhiên liệu được làm lạnh – Hydro lỏng và khí thiên nhiên hóa lỏng. Năm 1960, công ty general electric đã sản xuất ra hệ thống cung cấp điện bằng pin nhiên liệu cho tàu vũ trụ Apolo của NASA và sau đó là hàng loạt tàu vũ trụ khác. Ngày nay hầu hết tàu con thoi và các trạm nghiên cứu không gian của NASA đều được các pin nhiên liệu cung cấp (vì trên tàu không gian, hydro và oxi không được mang theo sẵn, mà pin nhiên liệu hydro có nước thải là nước siêu sạch cung cấp làm nước uống cho các phi hành gia). Hiện nay, ngành năng lượng Hydro quy mô lớn đang được quan tâm nhiều hơn, đặc biệt ứng dụng trong ngành giao thông vận tải. Hydro có nhiều ưu việt để làm nhiên liệu cho các phương tiện vận tải và ngành công nghiệp ô tô đang tích cực tham gia vào việc sử dụng Hydro. Tuy nhiên, các nghiên cứu, thiết kế, chủ doanh nghiệp và các nhà đầu tư lại hướng sự chú ý đặc biệt vào pin nhiên liệu. Các chương trình vũ trụ của Mỹ và Liên Xô đã áp dụng loại pin này trong suốt nhiều thập niên qua. Pin nhiên liệu làm dẫn động cho ô tô tải và ô tô khách đang được nghiên cứu triển khai thành công cho các phương tiện vận tải thế hệ tiếp theo kể cả cho các hệ thống cung cấp điện độc lập. Ở Mỹ, Đức, Nhật Bản, Canada đã xây dựng và khai thác các trạm nạp hydro cho ô tô. Ô tô sử dụng nhiên liệu hydro sẽ trở nên phổ biến, thay thế cho xăng dầu hiện nay. Chúng ta có thể hy vọng vào tương lai với hệ thống giao thông sạch nhờ hydro. Trạm nạp hydro cho xe hơi của Honda Nhật Bản là quốc gia khá đầu tư cho loại năng lượng này. Họ xây dựng được các trạm phát điện hydro và sản xuất ra các máy phát điện hydro nhỏ sử dụng trong các hộ gia đình. Theo kế hoạch đến năm 2015 hãng Panasonic của Nhật sẽ bán ra khoảng 60 đến 100 nghìn máy phát điện mỗi năm và tăng dần để hạ giá thành sản phẩm giúp người tiêu dùng dễ dàng tiếp cận hơn. Chính phủ Nhật cũng rất hỗ trợ dự án này. Họ sẵn sàng hỗ trợ 1 nữa kinh phí cho mỗi dự án trạm điện hydro. Phân xưởng lắp ráp máy phát điện hydro tại Nhật Bản Tương tự như với Nhật Bản, các dự án về hydro sẽ không thể thực được nếu không có sự hỗ trợ từ Chính phủ. Từ năm 1995, theo chương trình nghiên cứu chế tạo thử nhằm tạo các kiểu động cơ mới nói trên, chính phủ Mỹ đã tài trợ 1,7 tỷ USD. Phần lớn trong khoản tải trợ nhằm tạo ra các loại ô tô sử dụng pin nhiên liệu. Trước đó xuất hiện nhiều các ô tô chạy bằng hydro liên kết về hóa học trong rượu methanol. Ô tô đầu tiên chạy bằng pin năng lượng được hãng Daimler – Benz trình diễn vào năm 1994. Đến năm 2000 đã hoàn thiện mẫu ô tô bình chứa 100 lít hydro lỏng đảm bảo cho công suất động cơ điện 74 mã lực, tốc độ tối đa 160 km/h, đủ cho hành trình 450 km. Đến năm 2004, loạt ô tô con đầu tiên chạy băng pin năng lượng bằng hydro lỏng được hãng Ford Focus cho ra xưởng. Hãng ô tô Toyota – Nhật cũng bắt đầu đưa ra hàng loạt ô tô đầu tiên với pin năng lượng bằng hydro lỏng với giá rất cao 75 nghìn USD 1 chiếc. Cho đến ngày nay, rất nhiều loại ô tô sử dụng năng lượng từ hydro ra đời và có nhiều cái biến tốt hơn trước, đó là những ô tô sạch về sinh thái. 2.1.2. Hợp tác quốc tế Không chỉ dừng lại ở việc phát triển ngành năng lượng hydro trong phạm vi một quốc gia, mà các nước có lịch sử phát triển ngành này đã mở rộng ra thế giới, điều này cho thấy tầm quan trọng của năng lượng hydro. Tháng 3 năm 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 7 năm 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. Tháng 6 năm 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 chuyển sang loại nhiên liệu mới chạy động cơ, thí dụ, hydro. Trong suốt 5 năm nghiên cứu triển khai động cơ chạy băng hydro Mỹ đã chi 1,7 tỷ USD, liên minh Châu Âu chi 2 tỷ USD. Phát biểu tại Hội nghị Liên minh Châu Âu ở Bruxen (Bỉ), Spencer Abraham đã kêu gọi Châu Âu liên kết trong việc nghiên cứu phát triển ngành năng lượng hydro. Ngày 25/6/2003 trong một tuyên bố chung, Tổng thống Mỹ Gorge Bush vã Chủ tịch Liên minh Châu Âu Romano Prody đã tuyên bố về sự cần thiết phải hợp tác để phát triển ngành năng lượng hydro. Trong thời gian gặp gỡ thượng đỉnh về năng lượng Nga – Mỹ (22 – 23/9/2003 – Saint Peterbung) các bộ trưởng Nga, Mỹ đã tuyên bố về hợp tác Nga – Mỹ trong các công trình để phát triển ngành kinh tế hydro. 2.2. Phân tích, đánh giá thực trạng thế giới Từ thực trạng trên có thể thấy, thế giới đang vô cùng quan tâm đến hydro và tiềm năng thay thế của nó cho các nguồn năng lượng khác, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải. Thế giới đã ý thức được tầm quan trọng của loại năng lượng này, đã và đang chung tay hợp tác, gấp rút đầu tư phát triển một nền kinh tế hydro. Việc chuyển sang một nền kinh tế sử dụng hydro là nguồn năng lượng là một giải pháp đầy hứa hẹn. Tuy nhiên cũng gặp phải không ít khó khăn. - Thu thập một khối lượng hydro khổng lồ. Trong thiên nhiên, hydro hầu hết tồn tại trong các phân tử cùng với các nguyên tố khác. Phá vỡ liên kết trong các phân tử để thu được hydro đòi hỏi phải có năng lượng lớn thông qua các phương pháp đã trình bày ở trên. Nguồn năng lượng này lấy từ đâu ra? Mặc dù như đã nói ở trên, sử dụng phương pháp quang điện phân là tốt hơn cả, tuy nhiên phương pháp này sẽ không được liên tục do nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng không liên tục, bên cạnh đó cần chất xúc tác platinum để có thể thu được hydro nguyên chất mà chất xúc tác này thật sự đắt đỏ và hiếm. - Không chỉ khai thác hydro gặp nhiều khó khăn mà việc tồn trữ, chuyên chở nó cũng không hề đơn giản. - Thế giới tập trung phát triển nhiều các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro nhưng phí tổn cho một chiếc xe rất lớn. Tương lai cũng phải mất nhiều thập niên nữa năng lượng hydro mới thực sự trở thành nguồn năng lượng khả dĩ nhưng giá thành vẫn cao hơn nhiều những chiếc xe thông thường vì những chiếc xe sử dụng nguyên liệu hydro này đỏi hỏi công nghệ cao. - Ngoài những đòi hỏi về mặt công nghệ, để xây dựng một nền kinh tế hydro sẽ cần phải thực hiện một công cuộc cải cách toàn bộ cấu trúc hạ tầng hiện tại. Đơn giản trong lĩnh vực giao thông vận tải, chỉ khi có đủ số trạm nhiên liệu hydrogen thì những người lái xe mới có thể có điệu kiện hưởng lợi từ công nghệ này. Công việc này không hề đơn giản chút nào. - Các dự án khác cũng đòi hỏi nguồn kinh phí lớn, mặc dù ý thức được sự cạn kiệt của các nguồn nhiên liệu hóa thạch nhưng đứng trước bài toán đầu tư cho nguồn năng lượng sạch, tái tạo và đầy tiềm năng như hydro thì các nước trên thế giới vẫn còn nhiều suy xét. Bởi trước mắt các nguồn năng lượng như gió, mặt trời, sinh khối... cũng vô cùng tiềm năng. Cân nhắc việc phát triển nguồn năng lượng nào trước phải phù hợp với điều kiện mỗi quốc gia. Trước những thành tựu mà thế giới đã đạt được nêu trên, có thể thấy nền kinh tế hydro hiện chỉ có đủ điều kiện để phát triển ở các nước phát triển như Nga, Đức, Mỹ, Nhật Bản ... Tuy nhiên với những tiến bộ ngày càng vượt bậc của khoa học kỹ thuật cùng sự phát triển mạnh mẽ của tri thức con người khó ai có thể nói trước được tương lai của ngành năng lượng hydro, hãy cứ lạc quan tin tưởng vào tiềm năng của nó. CHƯƠNG 3 THỰC TRẠNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG HYDRO TẠI VIỆT NAM 3.1. Vì sao Việt Nam chưa phát triển ngành năng lượng hydro? Thế giới đang nỗ lực phát triển ngành năng lượng hydro để tiến tới một nền kinh tế hydro sạch và an toàn. Vậy đối với Việt Nam thì sao? Đánh giá một cách khách quan thì Việt Nam chưa phát triển ngành năng lượng hydro mặc dù thực tế bước đầu nước ta cũng đã và đang tiếp cận với loại năng lượng này. Một số nhà khoa học của Việt Nam đã bắt đầu nghiên cứu về hydrogen. Kết quả bước đầu cho thấy đã có những thành tựu nhất định trong việc nghiên cứu pin nhiên liệu. Vào cuối năm 2004, tiến sĩ Nguyễn Mạnh Tuấn thuộc phân viện Vật lý tại TP Hồ Chí Minh đã công bố kết quả nghiên cứu của mình về pin nhiên liệu. Đây là loại pin sử dụng cồn methanol với hiệu suất chuyển hóa điện năng là 50%, 250ml cồn có thể cung cấp 600W/h điện. Đầu tháng 6 năm 2005, tiến sĩ Nguyễn Chánh Khê – phó giám đốc trung tâm nghiên cứu công nghệ và triển khai, khu công nghệ cao TP Hồ Chí Minh cũng đã công bố thành công pin nhiên liệu sử dụng cồn, nghiên cứu này đã được đăng ký sở hữu trí tuệ thế giới. Hoặc như trường hợp của kỹ sư Vũ Hồng Khánh ở Hải Phòng đã chế tạo ra máy điện phân nước để thu hydro và dùng nó để chạy ô tô và hàn nhiệt. Tiến sĩ Nguyễn Chánh Khê biểu diễn phương pháp biến nước thành điện Ông Vũ Hồng Khánh và chiếc máy sản xuất hydro từ nước. Các nghiên cứu trên đã và đang được thế giới thực hiện. Đối với Việt Nam các phương án của tiến sĩ Nguyễn Mạnh Tuấn, Nguyễn Chánh Khê hay kỹ sư Vũ Hồng Khánh tuy thành công nhưng để ứng dụng trên diện rộng thì bất khả thi vì bài toán kinh tế còn nhiều bất cập. Đó là chưa kể tới những nguy hiểm mà hydro đem lại trong các nghiên cứu đó. Nhìn chung các ý tưởng này hay nhưng chưa khả thi, chỉ dừng lại ở trong những phòng thí nghiệm nhỏ, trên giấy tờ dạng mô hình mà chưa thể thương mại hóa. Có thể nói tiến trình hướng tới ngành năng lượng hydro của Việt Nam còn khá xa xôi.Chúng ta cũng vấp phải những khó khăn tương tự mà thế giới đang gặp. Hơn nữa nước ta vẫn còn là một nước đang phát triển, kinh tế còn thiếu thốn mà để đầu tư vào ngành năng lượng hydro thì một trong những điều kiện tiên quyết đó là kinh phí. Trước mắt là kinh phí đầu tư cho công nghệ, nghiên cứu sáng chế; sau là kinh phí để đưa vào ứng dụng thực tiễn như đã phân tích ở trên. Chưa đề cập những vấn đề sâu xa, đây là vấn đề nổi cộm nhất hiện nay. Như vậy, có thể giải thích cho câu hỏi “vì sao Việt Nam chưa phát triển ngành năng lượng hydro” là do vấn đề kinh phí. Chúng ta không thể chỉ ngồi trông chờ thành quả của thế giới để áp dụng nhưng với điều kiện hiện nay thì việc đầu tư nhiều vào ngành năng lượng này là chưa phù hợp. Điều này không có nghĩa là Việt Nam bỏ qua nó. Lại một câu hỏi nữa đặt ra đó là làm sao để có thể phát triển một ngành năng lượng tiềm năng như hydro trong hoàn cảnh hiện nay và xu hướng phát triển sẽ như thế nào trong tương lai? 3.2. Xu hướng phát triển Trước tiên ta có thể vẽ ra một viễn cảnh của nền kinh tế hydro đầy tiềm năng trong tương lai. Nền kinh tế hydro như là một hệ thống các nguồn năng lượng liên kết với nhiều dạng ứng dụng phong phú thông qua hydro với vai trò chất mang năng lượng. Hydro có thể làm cho việc sản xuất và sử dụng năng lượng trở nên đa dạng, linh hoạt bởi nó có thể được sản xuất bằng nhiều nguồn khác nhau từ nhiên liệu hóa thạch, hạt nhân cho tới năng lượng tái tạo. Hydro có thể được lưu trữ, chuyên chở bằng các phương tiện vận tải hay trong các đường ống dẫn khí và được sử dụng trong pin nhiên liệu, động cơ mà không thải khí ô nhiễm và chỉ có nước là sản phẩm chủ yếu. Trong bối cảnh hiện nay, đây nên là xu hướng phát triển của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung. Tuy nhiên đối với Việt Nam, để đạt được tới ngưỡng cửa này là cả một quá trình cần có thời gian và trải qua nhiều giai đoạn phụ thuộc vào những tiến bộ về công nghệ. Dựa vào tình hình hiện nay của Việt Nam có thể dự báo xu hướng phát triển nền kinh tế hydro qua các giai đoạn sau: Giai đoạn đầu: làm sao để hydro trở nên phổ biến hơn, bởi có thể nói so với các nguồn năng lượng tái tạo thay thế nhiên liệu hóa thạch hiện nay như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều ... thì năng lượng hydro vẫn còn khá mới mẻ. Nhà nước nên có những chính sách giáo dục về hydro, cả tiềm năng, ưu điểm của nó cũng như những vấn đề an toàn khác. Đồng thời Nhà nước nên có những chính sách ưu tiên, khuyến khích cho các công trình nghiên cứu về lĩnh vực này. Từ viễn cảnh trên có thể thấy, sản xuất hydro khá linh hoạt, thậm chí từ năng lượng tái tạo. Vậy hiện nay, trong khi nước ta đang tập trung phát triển năng lượng tại tạo từ mặt trời và gió, năng lượng hạt nhân ... thì tại sao không đồng thời sản xuất hydro. Có thể sử dụng phương pháp thu hydro bằng điện phân nước với nguồn điện lấy từ điện mặt trời hoặc điện gió. Kết hợp nhiều phương pháp sản xuất, tiến hành thúc đẩy nghiên cứu để hạ giá thành sản xuất hydro và pin nhiên liệu. Trong giai đoạn này, Nhà nước có vai trò đầu tư, khuyến khích, thúc đẩy và tạo điều kiện bước đầu cho sự phát triển ngành năng lượng hydro. Do đó vai trò của Nhà nước mang tính chất quyết đinh. Dự báo giao đoạn này kéo dài từ nay cho đến năm 2030. Giai đoạn hai: tiếp thu thành quả của thế giới. Đến giai đoạn này, có thể nói thế giới đã có bước tiến lớn trong ngành năng lượng hydro, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải, và sản xuất điện. Với điệu kiện nước ta khi chưa thể sản xuất được các loại xe chạy bằng hydro hay máy phát điện bằng pin nhiên liệu, Nhà nước nên mở rộng chính sách nhập khẩu để người dân có thể tiếp cận gần hơn với ứng dụng của hydro và đồng thời giảm thiểu một phần nhỏ việc phải sử dụng đến các nguồn năng lượng hóa thạch đang đi vào giai đoạn cạn kiệt. Đồng thời trong giai đoạn này, khi vấn đề thiếu hụt năng lượng trở nên nhức nhối, Việt Nam cần tập trung phát triển đồng thời các dạng năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời, gió, hạt nhân, ... để đáp ứng nhu cầu năng lượng cũng như tạo điều kiện phát triển năng lượng hydro. Dự báo giai đoạn này kéo dài 10 năm từ 2030 đến 2040. Giai đoạn ba: khi đất nước đã có đủ tiềm lực về kinh tế và năng lượng hydro trở nên phổ biến, nước ta bước tiếp vào giai đoạn thương mại hóa. Bước đầu sản xuất các phương tiện giao thông sử dụng hydro, sản xuất pin nhiên liệu và máy phát điện hydro ... đưa vào thị trường. Bằng những kinh nghiệm học tập từ thế giới cũng như thành quả nghiên cứu có được ngay từ những giai đoạn đầu tiên, Việt Nam chính thức tự sản xuất cho mình những sản phẩm ứng dụng năng lượng hydro. Trong giai đoạn này, công nghệ kỹ thuật đóng vài trò then chốt, bên cạnh đó là vai trò to lớn của Nhà nước. Dự báo giai đoạn này kéo dài 20 năm từ 2040 đến 2060. Giai đoạn bốn: bước vào giai đoạn này có thể nói nguồn năng lượng hóa thạch đã gần như cạn kiệt. Vai trò của hydro trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Với những gì đã đạt được ở ba giai đoạn trước, nhiệm vụ của giai đoạn này là xây dựng được cơ sở hạ tầng chuẩn bị phục vụ cho nền kinh tế hydro. Việt Nam cần đầu tư nguồn kinh phí lớn để thay đổi hoàn toàn hệ thống cơ sở hạ tầng cũ của nền kinh tế dựa vào hóa thạch. Dự báo giai đoạn này kéo dài 30 năm từ 2060 đến 2090. Giai đoạn năm: chính thức bước vào nền kinh tế hydro. Trải qua quá trình chuẩn bị kỹ càng và đầu tư mạnh, đến giai đoạn này Việt Nam có thể đi vào sử dụng nguồn năng lượng hydro như một dạng năng lượng chính cho sự phát triển kinh tế, xã hội. Để trải qua năm giai đoạn này trong khi nước ta còn đứng trước muôn vàn khó khăn chắc chắn sẽ gặp không ít trở ngại nhưng với tiềm năng của đất nước thì việc phát triển ngành năng lượng hydro chỉ còn là vấn đề thời gian. KẾT LUẬN Ngày nay, năng lượng hydro đang trở thành một xu thế không thể đảo ngược trên thế giới. Năng lượng hydro sẽ thay thế năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Hydro và pin nhiên liệu là chìa khóa để giải quyết vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển và sự biến đổi khí hậu toàn cầu – mỗi lo của toàn thế giới hiện nay khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch.Cuộc cách mạng về năng lượng đang được hiện thực hóa và kết cục sẽ dẫn đến sự phát triển của nền kinh tế hydro. Bước chuyển tiếp sang nền kinh tế hydro sẽ cần có thời gian và phải trải qua nhiều giai đoạn. Các giai đoạn được xác định bởi những tiến bộ về công nghệ và sự chấp nhận của thị trường. Thêm vào đó, việc giáo dục về an toàn hydro cũng cần được nỗ lực xúc tiến để đảm bảo và thuyết phục cộng đồng sẵn sàng cho hydro ngày càng trở nên phổ biến hơn. Nhà nước - chính phủ, công nghiệp và cộng đồng, tất cả sẽ đóng những vai trò quan trọng quyết định. Bước vào thời kỳ “hậu hóa thạch”, bài toàn khó đặt ra với Việt Nam đó là tìm được nguồn năng lượng thay thế. Trước những khó khăn để phát triển năng lượng hydro. Nhà nước ta cần cân nhắc kỹ lưỡng để có những bước đi vững chắc nhất đưa nền kinh tế phát triển cũng nhưng đảm bảo mọi vấn đề về đời sống cho toàn xã hội. Nhà nước sẽ là người hỗ trợ chính cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ, cũng như trong việc phát triển các quy định luật pháp và tiêu chuẩn an toàn cho việc sử dụng hydro. Nhà nước cũng có thể sử dụng chính sách kích thích thị trường và khuyến khích các công nghệ năng lượng hydro. Vai trò của nền công nghiệp là xác định khi nào các công nghệ đã sẵn sàng cho bước chuyển tiếp vào thị trường, và thiết lập nên cơ sở sản xuất để cung cấp các thành phần của công nghệ. Công nghiệp cùng với cộng đồng, sẽ xác định những đòi hỏi của người tiêu dùng và sự chấp nhận của thị trường đối với công nghệ này. Bước chuyển tiếp sẽ đòi hỏi những nỗ lực đầu tư đáng kể ban đầu. Tuy nhiên, kết quả đạt được sẽ là một nền kinh tế ổn định và bền vững, sử dụng những nguồn tài nguyên tái tạo được sẵn có của địa phương để cung cấp nguồn điện năng và nhiên liệu sạch đáp ứng cho các nhu cầu năng lượng của chúng ta. Tài liệu tham khảo [1] Internet Wikipedia.com Sites.google.com/site/vnggenergy Hvacr.vn/home/hvacr/moi-truong-nang-luong Ballard.com Fuelcellworks.com Fuelcelltoday.com Nasa.gov Enerteam.org Ion-power.com Vngg.energy.googlepages.com Vietnamnet.vn Dantri.com.vn Google.com.vn [2] Cơ sở lý thuyết hóa học: Phần II (Dùng cho các trường ĐH Kỹ Thuật ) : Nguyễn Hạnh – Nhà xuất bản giáo dục – 2007 ( Tái bản lần thứ 14) [3] Năng lượng cho thế kỷ XXI – Những thách thức và triển vọng: Hồ Sỹ Thoảng – Trần Mạnh Trí – Nhà xuất bản Khoa Học – Kỹ Thuật 2009