Vì sao cần "tồn trữ" hyđro vào kim loại?

Ngày nay loài người chủ yếu sử dụng dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên là các nhiên liệu hoá thạch làm nhiên liệu. Chúng đều là những nhiên liệu không thể tái sinh. Vì thế có nhiều nhà khoa học dự đoán hyđro là nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hoá thạch trong thế kỷ XXI và đó sẽ là nguồn năng lượng quan trọng cho con người.

Hyđro là loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm. Về mặt chất lượng, trừ nhiên liệu nhiệt hạt nhân, hyđro đứng đầu về nhiệt trị. Hyđro lại không màu, không mùi, không độc. Sau khi đốt hyđro chỉ sinh ra hơi nước mà không tạo ra các dạng hợp chất oxy hoá của nitơ, lưu huỳnh, cacbon…. không sinh ra bụi bẩn nên không gây ô nhiễm môi trường. Hyđro có tốc độ cháy nhanh, thậm chí khi trộn với không khí theo tỉ lệ cố định nào đó có thể gây nổ.

Một điểm rất quan trọng khác là hyđro có trữ lượng hầu như vô tận: Hyđro chiếm 11% thành phần của nước, mà 71% diện tích bề mặt Trái Đất bị nước biển che phủ. Vì vậy các nhà khoa học cho rằng, nếu chọn hyđro làm nhiên liệu thì phương pháp có triển vọng nhất là phân giải nước bằng năng lượng Mặt Trời để thu được khí hyđro và oxy. Năng lượng Mặt Trời lại là nguồn năng lượng vĩnh cửu, không ô nhiễm. Nước là vật liệu khá phổ biến, kết hợp hai yếu tố nước và năng lượng Mặt Trời với nhau quả là tuyệt vời.

Hyđro có nhiều ưu điểm như vậy, vì sao lại còn ít được sự ủng hộ? Nguyên do là việc sử dụng lượng lớn hyđro để làm nhiên liệu vẫn còn là một vấn đề khó. Chỗ khó thứ nhất là không dễ mà tồn trữ được lượng lớn khí hyđro. Để có thể tồn trữ lượng lớn chất khí, thông thường người ta phải nén hoá lỏng. Nhưng hyđro là chất khí có khối lượng riêng bé nhỏ trong tất cả các chất. Nhiệt độ sôi của hyđro rất thấp (-52,8°C) nên việc hoá lỏng khí hyđro là việc rất khó khăn. Vả lại khi nén để hoá lỏng khí hyđro lại tốn rất nhiều năng lượng và không an toàn. Thế có biện pháp nào tồn trữ hyđro tiện lợi và an toàn không? Các nhà khoa học nghĩ đến kim loại.

Thông thường thì kim loại ở thể rắn, khối lượng riêng lại lớn. Làm thế nào khí hyđro lại chui được vào trong lòng của kim loại. Từ lâu các nhà khoa học đã phát hiện, ở nhiệt độ và áp suất thích hợp, một số kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của chất xúc tác, phân tử hyđro sẽ chuyển thành nguyên tử trên bề mặt kim loại, hợp kim, các nguyên tử hyđro có thể chui vào ẩn nấp bên trong kim loại, hợp kim. Nhờ đó kim loại sẽ hấp thụ khí hyđro như bọt biển hút nước. Đến lúc cần sử dụng, lại dùng phương pháp đặc biệt để "đẩy" hyđro ra khỏi kim loại. Quả là một biện pháp tiện lợi và kinh tế.

Người ta đã nghiên cứu tồn trữ hyđro trong các kim loại như canxi, liti, magiê, titan, vanađi cũng như các nguyên tố đất hiếm ở dạng vật liệu đơn thuần từ rất sớm. Nhưng khi dùng kim loại đơn thuần thì điều kiện đưa hyđro trực tiếp vào kim loại là rất khó khăn, cần nhiệt độ cao, áp suất cao, phản ứng tiến hành rất chậm và không an toàn. Vì thế các nhà khoa học nghĩ đến việc dùng các hợp kim. Qua nghiên cứu cho thấy, các hợp kim có thể dùng để tồn trữ hyđro là không ít. Ví như các hợp kim magie - niken, magie - đồng, lantan - niken, titan - mangan, titan - sắt, ziriconi - titan, ziriconi - crom…. Chúng có khả năng hấp thụ hyđro rất mạnh. Ví dụ trong những năm gần đây, ở Nhật Bản, người ta đã chế tạo được một loại hợp kim mà với 0,4m3/ hợp kim có thể hấp thụ 175m3/ khí. Mà cứ mỗi m3/ khí hyđro khi cháy có thể cho năng lượng đủ để một chiếc xe nhỏ chạy được 5 - 6 km.

Có thể tin rằng trong tương lai không xa, loài người có thể nắm vững được phương pháp sản xuất khí hyđro và kỹ thuật tồn trữ nó. Nhiên liệu khí hyđro rõ ràng là nguồn năng lượng văn minh, khiến loài người có thể thoát khỏi cuộc khủng hoảng năng lượng và ô nhiễm môi trường.