Giải pháp sản xuất hydrogen từ ánh nắng mặt trời và nước không tạo ra CO2 và những cuộc nghiên cứu gần đây đã cải thiện được tính hiệu quả và giảm giá thành của các thiết bị trong quá trình thực hiện.
Hiện nay, các kỹ sư từ ĐH Columbia, Mỹ, đã phát triển một thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời nổi trên mặt biển, thu năng lượng qua một pin mặt trời và dùng nó để “thu hoạch” hydrogen từ nước ở bên dưới.
Thiết bị nổi này sản xuất hydrogen nhờ quá trình điện phân nước. Đây là một kỹ thuật mà trong đó, các chất khí H2 và O2 được tách ra khỏi nước bằng cách truyền điện qua chất lỏng.
Trước đây, các thiết bị điện phân cần phải có một màng tách 2 điện cực, mà những màng này thì mỏng mảnh và nước sử dụng phải thật tinh khiết, làm giới hạn các ứng dụng thực tế của kỹ thuật trên.
Thiết bị được phát triển tại ĐH Columbia có thể tách nước thành hydrogen và oxygen mà không cần màng mỏng. Điều này có nghĩa là nó có thể triển khai trên mặt biển, có thể làm rã các màng do nước không tinh khiết và các vi sinh vật bám vào, nếu theo phương pháp cũ.
Jack Davis, tác giả đầu tiên của một bài báo mô tả về thiết bị, cho biết: “Có thể nói tính an toàn của thiết bị thực hiện điện phân mà không có màng dẫn đã giúp chúng ta tiến gần hơn đến triển vọng điện phân nước biển.
Những máy phát năng lượng mặt trời này chủ yếu là các hệ thống quang hợp nhân tạo, hoạt động tương tự như quá trình quang hợp của cây, do đó thiết bị của chúng tôi mở ra rất nhiều cơ hội để tạo ra năng lượng sạch và có khả năng tái tạo”.
Thay vì dùng một miếng màng mỏng, hệ thống của ĐH Columbia dùng hai điện cực lưới thấm nước được thiết kế không đối xứng. Mỗi điện cực được phủ một chất xúc tác ở cạnh ngoài và các bọt khí sẽ hình thành trên bề mặt này.
Bọt khí H2 hình thành trên một điện cực và O2 hình thành ở cực còn lại. Để thu thập các chất khí này, thiết bị sử dụng giải pháp vật lý đơn giản, đó là đợi cho các bọt khí phát triển đủ lớn và nổi lên bề mặt.
Khí O2 khi nổi lên sẽ thoát vào trong không khí, trong khi các bọt khí H2 sẽ trôi vào các khoang chứa. Các máy móc điện phân đặc biệt này được nối với một tế bào quang điện có lớp chặn.
Tế bào quang điện này sẽ tạo ra dòng điện cần thiết cùng với năng lượng thu được từ ánh sáng mặt trời. Toàn bộ hệ thống trên được lắp ráp vào một bệ nổi trên mặt nước biển.
Nhóm nghiên cứu gần đây đang cải tiến thiết kế cho gọn nhẹ trước khi tiến hành trên mặt biển thật sự và nhân rộng hệ thống này.
“Chúng tôi đặc biệt thích thú về tiềm năng của các kỹ thuật ứng dụng năng lượng mặt trời, bởi vì đây là nguồn năng lượng có thể sử dụng một cách vô tận”, Daniel Esposito, nhà nghiên cứu hàng đầu của dự án trên, cho biết:
“Thách thức của chúng tôi hiện nay là tìm ra các công nghệ có thể mở rộng và tiết kiệm để biến đổi ánh sáng mặt trời thành một hình thức năng lượng hữu dụng có thể được lưu trữ lâu dài trong thời điểm mặt trời không còn chiếu sáng”.
