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 hóa thạch làm nhiên liệu. Chúng đều là những nhiên liệu không tái sinh. Vì thế có nhiều nhà khoa học dự đoán hydro là nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trong thế kỷ XXI và đó sẽ là nguồn năng lượng quan trọng cho con người.
Hydro là loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm. Về mặt chất lượng, trừ nhiên liệu nhiệt hạt nhân, hydro đứng đầu về nhiệt trị. Hydro lại không màu, không mùi, không độc. Sau khi đốt hydro chỉ sinh ra hơi nước mà không tạo ra các dạng hợp chất oxy hóa của nitơ, lưu huỳnh, carbon…. không sinh ra bụi bẩn nên không gây ô nhiễm môi trường. Hydro có tốc độ cháy nhanh, thậm chí khi trộn với không khí theo tỷ lệ cố định nào đó có thể gây nổ.
Một điểm rất quan trọng khác là hydro có trữ lượng hầu như vô tận: Hydro 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 hydro làm nhiên liệu thì phương pháp triển vọng nhất là phân giải nước bằng năng lượng Mặt Trời để thu được khí hydro 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.
Hydro có nhiều ưu điểm như vậy, vì sao lại vẫn ít được ứng dụng rộng rãi? Nguyên do là việc sử dụng lượng lớn hydro để làm nhiên liệu vẫn còn là một vấn đề khó. Chỗ khó thứ nhất là không dễ mà lưu trữ được lượng lớn khí hydro. Để có thể lưu trữ lượng lớn chất khí, thông thường người ta phải nén hóa lỏng. Nhưng hydro là chất khí có khối lượng riêng nhỏ nhất trong tất cả các chất. Nhiệt độ sôi của hydro rất thấp (-252,8°C) nên việc hóa lỏng khí hydro là việc rất khó khăn. Vả lại khi nén để hóa lỏng khí hydro lại tốn rất nhiều năng lượng và không an toàn. Thế có biện pháp nào lưu trữ hydro 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 hydro có thể 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 hydro sẽ chuyển thành nguyên tử trên bề mặt kim loại, hợp kim, các nguyên tử hydro có thể chui vào ẩn bên trong kim loại, hợp kim. Nhờ đó kim loại sẽ hấp thụ khí hydro như bọt biển hút nước. Đến lúc cần sử dụng, lại dùng phương pháp đặc biệt để ““đẩy”” hydro ra khỏi kim loại. Quả là một biện pháp tiện lợi và kinh tế.
Người ta đã nghiên cứu lưu trữ hydro trong các kim loại như canxi, lithium, magie, titan, vanadi cũng như các nguyên tố đất hiếm ở dạng vật liệu đơn thuần từ rất sớm. Nhưng khi dùng kim loại nguyên chất thì điều kiện đưa hydro 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 lưu trữ hydro là không ít. Ví như các hợp kim magie - niken, magie - đồng, lantan - niken, titan - mangan, titan - sắt, zirconi - titan, zirconi - chromium…. Chúng có khả năng hấp thụ hydro 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 hydro 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 hydro và kỹ thuật lưu trữ nó. Nhiên liệu khí hydro rõ ràng là nguồn năng lượng văn minh, khiến loài người có thể thóat khỏi cuộc khủng hỏang năng lượng và ô nhiễm môi trường.
