Hydro Lỏng

Tính bền vững là một vấn đề trọng tâm trong xã hội ngày nay. Các quốc gia đang hành động để giảm lượng khí thải nhà kính, nghiên cứu để tạo ra những nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng. Trong bài viết này, Hào Phát sẽ tập trung vào hydro như một phần thiết yếu của cuộc thảo luận về môi trường. Chính xác thì đặc điểm của loại khí này là gì? Hydro lỏng mang lại những khả năng gì về tính bền vững? Các ứng dụng thiết yếu và Hào Phát cung cấp những giải pháp nào?

 

Hydro lỏng là gì?

Hydro là nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ và dồi dào nhất. Ở điều kiện bình thường, nó là một nguyên tố hóa học có ký hiệu H và số hiệu nguyên tử là 1, chất khí không màu, không mùi và rất dễ cháy. Mặc dù nó hiếm khi tự tồn tại trên Trái đất, nhưng Hidro có thể được tạo ra bằng cách sử dụng năng lượng sạch để tách các phân tử nước, chỉ tạo ra oxy dưới dạng chất phụ. Do đó, việc thiếu hydro thực sự sẽ không trở thành một vấn đề. Hydro được sử dụng ở cả dạng lỏng và khí. Khí có tỷ trọng (kg.m-3) là 0,08988 và nhiệt độ sôi là -252,9 °C. Tại điểm sôi của nó, hydro ngưng tụ từ khí sang lỏng.

So với hầu hết các loại khí khác, nhiệt độ sôi của hydro cực kỳ thấp. Chỉ heli với điểm sôi ở -268,9 °C thậm chí còn thấp hơn. Nhiệt độ rất thấp kết hợp với tính dễ cháy cao của hydro làm cho nó trở thành một vật liệu tương đối nguy hiểm. Do đó, các biện pháp an toàn nghiêm ngặt và cơ sở hạ tầng tiên tiến rất cần thiết.

 

Lịch sử hydro lỏng

Khí hidro lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1671 bởi nhà khoa học Robert Boyle. Ông đã nghiên cứu phản ứng của các kim loại khác nhau bằng cách nhúng chúng vào axit. Khi các kim loại tạo ra phản ứng tương ứng với axit, hydro được tạo ra như một phản ứng phụ. Việc sản xuất hydro đã không thực sự thành công cho đến khi William Nicholson và Anthony Carlisle phát hiện ra một quy trình sản xuất hydro vào năm 1800. Phương pháp điện phân cho dòng điện vào nước, tạo ra khí hydro và oxy.

Vào thời điểm đó, hydro chỉ ở dạng khí. Chỉ vài thập kỷ sau, một số nhà khoa học trên toàn thế giới đã bắt đầu thí nghiệm về khí hóa lỏng. Một trong những nhà nghiên cứu này là Heike Kamerlingh Onnes, ông đã xây dựng một phòng thí nghiệm lạnh và trở thành người đầu tiên sản xuất được hydro lỏng. Điều này dẫn đến sự phát triển của hydro với vai trò là chất mang năng lượng trong pin nhiên liệu (1945).

Trong những năm 1990, tiềm năng của hydro ngày càng trở nên đẩy mạnh. Các thử nghiệm trên tàu thủy, xe tải và máy bay đã bắt đầu nhanh chóng trở thành ngành sử dụng chính. Một nền kinh tế trong đó hydro tái tạo sẽ là chất mang năng lượng chính, thay thế nhiên liệu hóa thạch của chúng ta.

 

Ưu điểm của hydro lỏng

1. Hydro là một nguyên tố có mặt khắp nơi. Vì vậy không sợ thiếu nguyên liệu thô.

2. Bên cạnh đó, khi được sản xuất và sử dụng một cách bền vững, hydro không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Sản phẩm phụ duy nhất là nhiệt và nước, dễ dàng được tái hấp thu vào khí quyển.

3. Cuối cùng, việc sản xuất hydro không đòi hỏi diện tích đất lớn như nhiên liệu sinh học hay thủy điện. Ngoài ra nó còn lưu trữ hiệu quả trong một thời gian dài. Điều này trái ngược với năng lượng được tạo ra từ gió. Điện gió phải được cấp trực tiếp vào đường dây và xả trong trường hợp điện đầy.

 

Cách sản xuất hydro

Bởi vì hydro không tồn tại trên Trái đất ở dạng nguyên chất nên nó phải được sản xuất. Có ba quy trình sản xuất khác nhau dựa trên cùng một nguyên tắc.

- Hydro xám: sản xuất bằng cách sử dụng nhiên liệu hóa thạch (chẳng hạn như than đá hoặc khí tự nhiên) và hơi nước. Kết quả hình thức sản xuất hydro này còn được gọi là quá trình tái tạo mêtan bằng hơi nước. Ưu điểm của phương pháp sản xuất này là chi phí tương đối thấp và có thể sản xuất quy mô lớn. Tuy nhiên, một nhược điểm đáng kể là CO2 được giải phóng trong quá trình sản xuất. Thật không may, điều này làm cho hydro xám gây hại cho môi trường. Hiện nay, khoảng 95% hydro được sản xuất bằng quá trình tạo mêtan bằng hơi nước.

- Hydro xanh blue: việc sản xuất hydro xanh về cơ bản giống như hydro xám, chỉ có một điểm khác biệt. Lượng lớn CO2 thải ra trong quá trình sản xuất không được đưa vào không khí mà phải thu hồi hoặc tái sử dụng. Điều này làm cho hydro xanh bền vững hơn nhiều so với hydro xám. Tuy nhiên, việc thu giữ CO2 cần năng lượng.

- Hydro xanh lá: Dùng điện phân, nước được chuyển đổi thành hydro và oxy. Phương pháp sản xuất này không giải phóng CO2, khiến hydro xanh trở thành hydro thực sự bền vững duy nhất. Dùng quy mô lớn sẽ là một bước tiến quan trọng trong việc tạo ra nhiên liệu và năng lượng bền vững hơn. Thật không may, còn một số yếu tố khiến việc sản xuất hydro xanh gặp vấn đề như tốn kém vì công nghệ điện phân đắt tiền và năng lượng xanh (hiện tại) cũng đắt hơn điện xám; Quá trình điện phân tiêu tốn một lượng năng lượng tương đối lớn. Điện phân cần nước. Hiện tại, chủ yếu là nước sạch được sử dụng, điều này có thể gây ra vấn đề ở các quốc gia thiếu nước.

 

 

Lưu trữ và vận chuyển hydro lỏng

Mặc dù hydro được sử dụng tương đối rộng rãi ở dạng khí, nhưng việc lưu trữ và vận chuyển đó là một thách thức. Do mật độ cực thấp, hydro ở thể khí chiếm nhiều thể tích ở áp suất khí quyển. Tuy nhiên, đặt khí dưới áp suất cao (áp suất bình chứa 350-700 bar) hoặc hóa lỏng khí sẽ giải quyết được vấn đề này. Trên thực tế, ở dạng lỏng, mật độ hydro tăng tới 800 lần. Điều này có nghĩa là lượng hydro có thể được lưu trữ nhiều hơn 800 lần trong cùng một bể hoặc bình.

Trong cự ly ngắn, hydro thường được vận chuyển ở dạng lỏng trong các đường dẫn cách điện tối ưu. Đối với vận chuyển đường dài, người ta sử dụng tàu chở dầu hoặc đường sắt trong các bình áp suất cao.

Giống như vận chuyển, việc lưu trữ hydro cũng trở nên dễ quản lý hơn khi nó ở dạng lỏng hoặc được giữ ở áp suất rất cao. Do đó, khí hydro thường được lưu trữ trong các bể đặc biệt được chế tạo để chịu và điều chỉnh áp suất cao này. Hydro lỏng cũng được lưu trữ trong các bể chứa hoặc bình chứa lớn. Chúng được trang bị lớp cách nhiệt (chân không) tối ưu, giảm thiểu thất thoát năng lượng.

 

Các ứng dụng hydro lỏng

• Ngành công nghiệp vũ trụ, bao gồm cả làm chất đẩy cho tên lửa. Khi kết hợp với oxy lỏng (dưới dạng chất oxy hóa), hydro có thể tạo ra năng lượng cực lớn để phóng tên lửa vũ trụ.

• Ngành hàng hải cho thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với hydro với tư cách là chất mang năng lượng bền vững (thông qua pin nhiên liệu).

• Ngành hàng không đang kiên trì nghiên cứu các mẫu động cơ máy bay chạy bằng hydro. Các mẫu thử nghiệm đầu tiên dự kiến sẽ được chế tạo vào khoảng năm 2030.

• Lĩnh vực vận tải đường bộ, bao gồm cả vận tải hàng hóa và hành khách. Các thử nghiệm sử dụng hydro làm nguồn năng lượng cho động cơ đốt trong cũng đang diễn ra.

• Lĩnh vực công nghiệp, trong đó hydro đóng vai trò là nguyên liệu thô cơ bản để sản xuất amoniac và nhựa. Hydrogen cũng được sử dụng để sản xuất các sản phẩm dầu mỏ và metanol.

• Lĩnh vực năng lượng, trong đó hydro có thể được sử dụng để làm mát máy phát trong các nhà máy điện và ổn định lưới điện. Hydro được lưu trữ và sử dụng trong pin nhiên liệu, cung cấp năng lượng dự phòng ổn định dẫn đến thời gian hoạt động tối ưu.

• Ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng hydro để chuyển đổi chất béo không bão hòa thành dầu và chất béo bão hòa.

• Hàn hydro nguyên tử (AHW). Ngành công nghiệp điện tử sử dụng hydro cho các linh kiện điện tử khác nhau và trong lĩnh vực y tế, hydro được sử dụng để tạo ra oxy già hydro peroxide (H2O2).

*Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ là một trong những ngành sử dụng hydro lỏng chính. Như đã nêu trước đó, ngành công nghiệp này sử dụng hydro lỏng để phóng tên lửa. Hiện nay, người ta ngày càng quan tâm đến hiện tượng siêu dẫn (trạng thái mà vật liệu hầu như không có điện trở khi vận chuyển điện năng), trong đó hydro lỏng đóng một vai trò quan trọng. Điều này cung cấp một ứng dụng tiềm năng khác cho khí lỏng.

 

Mặt trái của hydro lỏng

Việc sử dụng hydro, dù ở dạng khí hay lỏng, không phải là không có rủi ro. Khi hydro phản ứng với một lượng khí oxy thích hợp, năng lượng sẽ giải phóng gây ra vụ nổ. Ngoài ra, hydro có nhiệt độ đốt cháy tương đối thấp và do đó rất dễ cháy. Hơn nữa, vì hydro không màu và không mùi nên rất khó phát hiện nếu rò rỉ trong hệ thống. Ngay cả ngọn lửa hydro cũng gần như vô hình và rất khó dập tắt. Hydro lỏng rất lạnh (-252,9 °C), sẽ gây đóng băng mô khi tiếp xúc. Dù hidro, khí nitơ hay nitơ lỏng thì bạn luôn phải đầu tư vào cơ sở hạ tầng, biện pháp an ninh phù hợp, tiêu chuẩn kiểm tra nghiêm ngặt. Các cảm biến tinh vi có thể ngay lập tức chỉ ra rò rỉ từ bể chứa, đường ống,...

 

Cách nhiệt cho hydro lỏng

Hydro lỏng đòi hỏi chất lượng cách nhiệt cao hơn so với một số loại khí lỏng khác. Lý do chính bởi nhiệt độ cực thấp của khí. Ví dụ, nếu hydro được vận chuyển qua một ống dẫn có lớp cách nhiệt bằng bọt, thì một vết nứt nhỏ trong bọt sẽ ngưng tụ oxy do hydro lỏng tỏa ra quá lạnh. Cháy hoặc nổ sẽ xảy ra nếu oxy ngưng tụ tiếp xúc với hydro hoặc bất kỳ vật liệu dễ cháy nào khác. May mắn thay, công nghệ chân không là giải pháp vận chuyển, lưu trữ và sử dụng hydro lỏng một cách an toàn. Cách nhiệt chân không tốt hơn gấp 15 lần so với các vật liệu cách nhiệt khác (ví dụ: PIR/PUR, hoặc Foamglas, Armaflex, Perlite và Misselon) và có thể được sử dụng cho đường ống cũng như phụ kiện, bồn chứa và thiết bị đông lạnh. Công nghệ chân không sử dụng chân không để cách nhiệt các ống dẫn hoặc hệ thống một cách tối ưu. Chân không đảm bảo rằng sự truyền nhiệt không thể xảy ra

 

Các giải pháp của Hào Phát

Chúng tôi tin tưởng vào tương lai của hydro xanh, hướng đến một môi trường không phát thải. Hào Phát cũng là nhà cung cấp "chìa khóa trao tay" cho các dự án hydro, nitơ trên toàn Việt Nam. Chúng tôi hỗ trợ từ ý tưởng đầu tiên và cung cấp bản phác thảo ban đầu, thiết kế chi tiết, kỹ thuật, sản xuất, giao hàng, lắp ráp, giám sát, vận hành và cuối cùng là bảo trì và chứng nhận cơ sở hạ tầng và thiết bị của nó. Thông qua sự hợp tác của chúng tôi với các nhà máy đạt chuẩn, điều này giữ cho Hào Phát trở thành chuyên gia trong lĩnh vực hydrogen.

Đương nhiên, tất cả các dự án của chúng tôi đều được thực hiện bằng vật liệu tốt nhất, được cách nhiệt hoàn toàn bằng chân không và tuân theo các tiêu chuẩn thiết kế kỹ thuật nghiêm ngặt liên quan đến nguy cơ cháy nổ tiềm ẩn. Công ty khí tinh khiết Hào Phát tự hào về kiến thức và kinh nghiệm mà chúng tôi tích lũy được trong nhiều năm qua. Vì chúng tôi đã làm việc với các loại khí trong một thời gian dài nên các phương pháp, sản phẩm và cơ sở hạ tầng của Hào Phát đã được thử nghiệm và tối ưu hóa rộng rãi. Chúng tôi có thể cung cấp công nghệ đã được chứng minh bất cứ khi nào một khách hàng (mới) đến với chúng tôi để tìm giải pháp. Vẫn còn một chặng đường dài trước khi nền kinh tế xanh sạch trở thành hiện thực. Tuy nhiên, chúng tôi đã sẵn sàng!