Quang hợp nhân tạo biến nước thành hydro

Đĩa parabol đóng vai trò chính trong lò phản ứng hydro năng lượng mặt trời mới của EPFL

Viện Công nghệ liên bang Lausanne (EPFL) chế tạo và thử nghiệm thành công một lò phản ứng năng lượng mặt trời có thể sản xuất hydro từ ánh sáng mặt trời và nước. Hệ thống mới này không chỉ sản xuất hydro hiệu quả cao mà còn thu giữ các sản phẩm "thải" của oxy và nhiệt để đưa vào sử dụng.

Trong năng lượng tái tạo, hydro đóng vai trò quan trọng. Tách nước thành các phân tử cấu thành là một trong những cách hiệu quả nhất để sản xuất hydro. Quang hợp nhân tạo là thuật ngữ được sử dụng để mô tả quá trình này sử dụng năng lượng mặt trời.

Lò phản ứng của EPFL giống như đĩa vệ tinh và hoạt động theo nguyên lý tương tự: diện tích bề mặt cong lớn thu nhận càng nhiều ánh sáng càng tốt và tập trung ánh sáng vào thiết bị treo lơ lửng ở giữa. Chiếc đĩa thu nhiệt từ mặt trời và tập trung nhiệt khoảng 800 lần vào một lò phản ứng quang điện hóa. Năng lượng mặt trời hỗ trợ phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy tại đây, khi nước được bơm vào lò phản ứng.

Lò phản ứng giữ lại nhiệt và oxy, hai sản phẩm phụ của quá trình sản xuất hydro thường bị lãng phí. Nhiệt được truyền qua bộ trao đổi nhiệt, có thể giúp đun nước hoặc sưởi ấm các nhà, trong khi oxy có thể được sử dụng trong bệnh viện hoặc cho công nghiệp.

Để hiểu cách thức hoạt động của nó trong các điều kiện thời tiết khác nhau, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm lò phản ứng tại cơ sở EPFL trong hơn 13 ngày, vào tháng 8–10 tháng 2 và tháng 3-2021. Hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời - hydro đạt mức trung bình trên 20%, tạo ra khoảng 500g hydro mỗi ngày.

Theo nhóm nghiên cứu, với sản lượng đó, trong hơn một năm, hệ thống có thể cung cấp năng lượng cho 1,5 ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydro (với quãng đường di chuyển trung bình) hoặc đáp ứng khoảng 1/2 nhu cầu điện của 1 hộ gia đình 4 người.

Theo Sophia Haussener, tác giả của nhóm nghiên cứu, chúng tôi đã phá vỡ mức trần 1 kW cho lò phản ứng thử nghiệm với công suất đầu ra hơn 2 kW trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao kỷ lục ở quy mô này. Lượng hydro được phát hiện trong nghiên cứu mới là một bước tiến đáng khích lệ trong việc thương mại hóa công nghệ này.

Tại một cơ sở sản xuất kim loại, nhóm nghiên cứu dự định xây dựng một nhà máy thử nghiệm công suất vài trăm kW. Kim loại sẽ được ủ bằng hydro, nhiệt sẽ được sử dụng để đun nóng nước và oxy sẽ được cung cấp cho các bệnh viện gần đó.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống