Công nghệ

H2MOF phát triển giải pháp lưu trữ, di chuyển hydro rẻ và hiệu quả hơn

7 tháng trước
Tác giả Alan Ohnsman

H2MOF cho rằng dùng vật liệu nano được thiết kế để hút và giữ hydro ở áp suất thấp, giống như miếng bọt biển thấm nước, là cách lưu trữ và di chuyển nhiên liệu rẻ, hiệu quả hơn.

Share
this:

Hydro là một loại nhiên liệu không thải ra CO2, nhưng việc di chuyển và lưu trữ nguyên tố siêu nhẹ rất tốn kém và tiêu thụ nhiều năng lượng. Vì vậy, hai nhà hóa học hàng đầu, bao gồm người đoạt giải Nobel, đồng sáng lập startup ở California vào năm 2022, với mục tiêu thiết kế loại thùng mới được làm bằng vật liệu nano để chứa nhiều khí hydro hơn. 

Doanh nghiệp H2MOF tại Irvine, California, hi vọng sẽ bán được loại bình mới chứa khí hydro sau năm 2024 cho các hãng sản xuất xe hạng nặng có kế hoạch chế tạo dòng xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro. Công ty cho rằng loại thùng này không chỉ dùng để chứa nhiên liệu bên trong xe mà còn giúp xe tải hoặc tàu hỏa vận chuyển hydro dễ dàng hơn.

Thay vì bơm hydro lỏng hoặc nén vào thùng chứa thông thường, H2MOF thiết kế một thùng chứa nhiên liệu giàu năng lượng ở thể rắn. Công ty dùng vật liệu nano được thiết kế đặc biệt để hấp thụ khí hydro hiệu quả hơn. 

Cách tiếp cận này dựa trên nghiên cứu của hai nhà đồng sáng lập và cũng là cố vấn khoa học Omar Yahgi, giáo sư hóa học tại đại học California, Berkeley và Fraser Stoddart, người đoạt giải Nobel hóa học năm 2016.

“Chúng ta chưa có bước đột phá nào trong việc lưu trữ hydro vì những đặc tính cực kỳ đặc biệt của phân tử hydro,” đồng sáng lập kiêm CEO Samer Taha nói với Forbes từ Dubai. 

“Giáo sư Stoddart và Yahgi tin rằng những đặc tính trên đòi hỏi chúng ta phải đi sâu nghiên cứu vấn đề, thiết kế các vật liệu mới với độ chính xác nguyên tử để đưa ra giải pháp phù hợp vì kỹ thuật truyền thống hiện tại không hiệu quả.”

Vua Carl XVI Gustaf của Thụy Điển trao giải Nobel Hóa học cho ngài James Fraser Stoddart (trái) vào năm 2016. Giáo sư Stoddart là một trong những nhà đồng sáng lập và cố vấn khoa học của H2MOF.Ảnh: AFP/ Getty Images/ Forbes 
Vật liệu khung hữu cơ kim loại

H2MOF hi vọng sẽ trở thành công ty đầu tiên thương mại hóa khung hữu cơ kim loại (MOF), vật liệu được thiết kế ở cấp độ nguyên tử để lưu trữ hydro. Tuy nhiên, không chỉ công ty mà nhiều nhà khoa học khác cũng theo đuổi công nghệ này. Theo Science, nhà khoa học của phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley gần đây tạo ra vật liệu MOF gốc nhôm để chứa hydro. 

H2MOF đang thử nghiệm các nguyên mẫu được chế tạo bằng vật liệu dạng tinh thể dùng để giữ các nguyên tử hydro giống như một miếng bọt biển thấm nước. Không giống như các thùng được bọc bằng sợi carbon trong Mirai, chiếc sedan chạy bằng pin nhiên liệu của Toyota, chứa 4,5 tấn hydro/m2, H2MOF dự định tạo áp suất cho thùng chứa ở mức thấp hơn 0,1 tấn/m2.

Lưu trữ nhiều nhiên liệu ở áp suất thấp hơn có nghĩa là tốn chi phí ít hơn nhiều. Taha ước tính việc chuyển từ thùng áp suất cao sang sử dụng công nghệ của công ty có thể tiết kiệm 12.000 USD chi phí năng lượng mỗi năm để vận hành xe trung chuyển chạy bằng pin nhiên liệu.

Ví dụ, công nghệ của H2MOF có thể giúp xe Toyota tăng gấp đôi quãng đường di chuyển 563 km cho mỗi lần nạp nhiên liệu nhờ thùng chứa nhiều hydro hơn mà không tăng thêm trọng lượng.

Hydro được sử dụng nhiều để lọc dầu, sản xuất phân bón và trong công nghiệp hóa chất, nhưng hầu hết được tạo ra bằng hơi nước để tách nguyên tố này ra khỏi khí tự nhiên, thải ra CO2 trong quá trình này. 

Hiện nhiều công ty sản xuất hydro mà không thải CO2 bằng máy điện phân – giống như loại của Plug Power và Accelera thuộc Cummins. Trong khi các startup khác như Equatic lên kế hoạch sản xuất hydro từ điện phân nước biển hoặc thậm chí Koloma sản xuất hydro địa chất. 

Các startup như H2MOF hay Verne cũng đang nghiên cứu sản xuất các loại thùng chứa mới để có thể di chuyển hydro tốt hơn hoặc sử dụng nhiên liệu cho xe giúp thay thế nhiên liệu hóa thạch.

H2MOF cho rằng các thùng của công ty có thể chứa nhiều hydro hơn thùng làm bằng sợi carbon hiện tại.Ảnh: H2MOF/ Forbes 

Hiện khí hydro được đưa vào các đường ống ở Texas và California, nhưng những đường ống này phải được làm bằng vật liệu chống vỡ và nứt. Hóa lỏng hydro là cách để dễ vận chuyển, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với việc lưu trữ khí dưới áp suất cao.

“Chúng ta không thể lúc nào cũng xây dựng được đường ống ở mọi nơi, vì vậy hiện ngành đang xem xét những chiếc xe tải lớn với thùng chứa khổng lồ. Tuy nhiên, cách này rất tốn kém và lãng phí nhiều năng lượng để tạo áp suất hoặc hydro lỏng,” Taha nói. 

“Một khi bạn bắt đầu mở rộng quy mô sản xuất hydro thành một hoạt động kinh doanh thực sự và phát hiện ra rằng mình sắp lãng phí 30% năng lượng, những hoạt động kinh doanh đó sẽ dừng lại,” ông chia sẻ. 

Tháng 10, chính quyền Biden đã công bố nguồn tài trợ 7 tỉ USD để hỗ trợ các dự án mở rộng sản xuất cũng như sử dụng hydro sạch. Bộ Tài chính cũng dự kiến công bố hướng dẫn về khoản tín dụng thuế mới trị giá lên tới 3 USD/kg cho khí hydro được sản xuất mà không phát thải CO2.

H2MOF vẫn chưa nộp đơn xin chính quyền tài trợ cho nghiên cứu liên quan đến hydro. Đây là công ty con của Revonence Technologies International, với chủ tịch điều hành cũng là Taha. Ông cho biết Revonence nhận sự hỗ trợ từ các nguồn tư nhân ở Dubai và đầu tư hàng triệu đô la Mỹ vào nghiên cứu của H2MOF. 

Taha, người có bằng tiến sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện, cũng điều hành Atoco, một công ty con khác của Revonence. Công ty đang tạo ra vật liệu nano để hấp thụ CO2 từ không khí xung quanh và khí thải công nghiệp.

“Việc lưu trữ và vận chuyển hydro vẫn là rào cản kỹ thuật trong thực tế,” ông nói. “Nếu chúng ta giải quyết được vấn đề lưu trữ và vận chuyển thì nhu cầu sử dụng hydro sẽ tăng.”

Biên dịch: Gia Nhi

———————–

Xem thêm:

Tập đoàn Gamuda triển khai dự án nhà máy hydro ở Malaysia
Nikola nhận hỗ trợ tài chính để phát triển trạm sạc khí hydro