CHLB ĐỨC – Theo các nghiên cứu sinh tại viện công nghệ Karlsruhe (KIT – Karlsruhe institute of technology), hydro với vai trò là một chất mang năng lượng (energy carrier) (*) có thể được bổ trợ hiệu quả bằng sắt. Một nghiên cứu về chủ đề này đã chứng minh tiềm năng của bột sắt trong việc lưu trữ năng lượng lâu dài, vận chuyển năng lượng và tận dụng hạ tầng nhà máy điện hiện có trong hệ thống năng lượng tương lai.
(*) Energy carrier: là một chất hoặc dạng vật chất không nhất thiết là nguồn năng lượng sơ cấp, nhưng có khả năng lưu trữ năng lượng, vận chuyển năng lượng và giải phóng/ chuyển đổi năng lượng khi cần sử dụng.

Trong tương lai, nguyên liệu sắt có thể đóng vai trò như một môi trường lưu trữ năng lượng hóa học, giúp khai thác lượng lớn năng lượng tái tạo trong một thời gian dài. Trong quy trình này, bột sắt được đốt cháy trong một chu trình trung hòa khí CO2, sau đó được tái tạo về trạng thái ban đầu bằng cách tiêu thụ năng lượng. Lần đầu tiên, các nghiên cứu sinh tại viện KIT đã khảo sát toàn diện tiềm năng của công nghệ này trong quy trình phát điện. Kết quả cho thấy: dù sắt không thay thế hoàn toàn hydro, nhưng nó có thể bổ sung hiệu quả cho hydro trong một hệ thống năng lượng trung hòa carbon.

Bột sắt hoạt động tương tự như than đá khi đốt cháy
Dù là năng lượng gió từ các vùng duyên hải hay điện mặt trời từ các vùng sa mạc, sắt đều có thể đóng vai trò như một vật mang năng lượng có thể vận chuyển, giúp đưa các nguồn năng lượng tái tạo này vào sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Cô Julia Schuler từ viện quản lý công nghiệp và sản xuất công nghiệp (IIP) thuộc viện KIT chia sẻ: “Công nghệ này hoạt động theo chu trình khép kín, không phát thải carbon dioxide hay các chất gây hại cho môi trường”. Bột sắt được đốt cháy để sinh năng lượng; sản phẩm còn lại là oxit sắt (gỉ sắt). Chất này sau đó được khử ngược lại thành sắt bằng hydro xanh, một quá trình loại bỏ oxy để tái tạo bột sắt và sẵn sàng cho lần sử dụng tiếp theo. Cô Schuler nói rằng: “Bột sắt có đặc tính cháy rất giống than đá. Điều này đặt ra câu hỏi cho giới nghiên cứu: liệu các nhà máy nhiệt điện than có thể chuyển đổi sang đốt sắt hay không?” Các điều chỉnh chủ yếu sẽ nằm ở bộ phận tạo nhiệt; còn lại các thành phần khác như chu trình hơi nước, tuabin, máy phát điện và kết nối lưới điện vẫn có thể giữ nguyên.

Chu trình sắt bổ sung cho nền kinh tế hydro
Dựa trên các phát hiện từ dự án nghiên cứu “Clean Circles” về chu trình sắt, các nhà khoa học tại viện KIT, với sự tài trợ của quỹ nghiên cứu năng lượng Baden-Württemberg (Baden-Württemberg energy research foundation), đã nghiên cứu cách ứng dụng chu trình này vào quy trình phát điện trong hệ thống năng lượng trung hòa khí thải của châu Âu. Để thực hiện, họ đã mở rộng mô hình hệ thống năng lượng tiêu chuẩn (Perseus) nhằm tích hợp thêm các phương án: cải tạo nhà máy điện than, xây dựng cơ sở hạ tầng khử oxit, hệ thống lưu trữ và các tuyến vận chuyển. Bằng mô hình mở rộng này, họ đã tối ưu hóa kế hoạch phát triển hệ thống năng lượng châu Âu đến năm 2050, nơi chu trình sắt cạnh tranh trực tiếp với các công nghệ khác như pin lưu trữ, hệ thống tích trữ hydro và nhà máy điện hydro.

<p style=”text-align: center;”>https://youtu.be/ZX9H2qjItTw?si=fscj7qAo0lcPf3lN 

Sắt có nhiều ưu điểm khi được sử dụng làm vật liệu lưu trữ dài hạn
Kết quả chỉ ra rằng: mặc dù sắt không thay thế phương pháp phát điện bằng hydro, nó là thành phần bổ sung tăng cường trong hệ thống năng lượng xanh. Sắt thể hiện ưu thế vượt trội về khả năng lưu trữ dài hạn. Bột sắt rất dễ bảo quản và vận chuyển; trong khi đó, sử dụng hydro cần một mạng lưới đường ống phức tạp, các cảng nhập khẩu và kho lưu trữ ngầm tốn kém. Bột sắt cũng cho phép vận chuyển năng lượng tái tạo trên quy mô toàn cầu với chi phí đầu tư hạ tầng thấp hơn. Đồng thời, các nhà máy khử tại địa phương ở châu Âu có thể chuyển đổi điện thừa thành bột sắt, thông qua bước trung gian là sản xuất hydro, để tạo ra một dạng năng lượng lưu trữ lâu dài.

Tiềm năng đặc biệt lớn ở CHLB Đức
Trong các mô phỏng, các nhà máy nhiệt điện đốt bột sắt đạt hiệu quả cao tại những quốc gia có tiềm năng thủy điện hạn chế hoặc thiếu không gian lưu trữ hydro dưới lòng đất. Tại các khu vực này, sắt giúp bù đắp khoảng trống nguồn cung trong các đợt sụt giảm sản lượng kéo dài từ điện gió và điện mặt trời. Đồng thời, nó làm giảm áp lực lên hạ tầng cung cấp hydro mỗi khi công suất nhập khẩu hoặc đường dây truyền tải đạt ngưỡng giới hạn (do hydro khó lưu trữ và vận chuyển, không thể dùng chung 100% đường ống dẫn khí đốt tự nhiên của hiện tại, các đường dây điện cao thế dễ bị quá tải). Riêng tại Đức, có nhiều nhà máy nhiệt điện than, tiềm năng áp dụng công nghệ này rất lớn. Các thành phần đắt giá như tuabin, kết nối lưới điện, mạng lưới cung cấp nhiệt chung và các cơ sở hạ tầng khác hoàn toàn có thể tái sử dụng.

Giảm chi phí nhờ chu trình sắt
Việc các nhà máy điện đốt bột sắt trở thành một phần không thể thiếu trong một hệ thống năng lượng tối ưu hóa chi phí (trên tất cả các kế hoạch nghiên cứu) là tín hiệu khả quan cho sự phát triển của công nghệ này. Cô Schuler nhận định: “Trong tương lai, sắt có thể đảm nhận một vai trò cụ thể nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao trong việc đạt được mục tiêu trung hòa khí thải và đảm bảo nguồn năng lượng tái tạo luôn sẵn sàng”. Liệu một “kỷ nguyên sắt mới” có thực sự bắt đầu hay không, sẽ phụ thuộc phần lớn vào chi phí cải tạo các nhà máy điện hiện có và hiệu suất của quá trình khử oxit sắt trở lại thành sắt trong tương lai.

Để xem các tin bài khác về “Lưu trữ năng lượng”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý:
Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net