Thay vì đốt cháy nhiên liệu như các động cơ thông thường, pin nhiên liệu hydro hoạt động thông qua một quá trình điện hóa. Để sản xuất điện, các nguyên tử hydro bị ion hóa trên một mặt của màng điện phân. Trong khi các proton trượt qua, các electron phải đi một quãng đường dài qua mạch ngoài, tạo ra dòng điện khi chúng chuyển động. Khi các electron đến phía bên kia và bắt cặp với proton, hydro sẽ kết hợp với oxy trong không khí, tạo ra một ít nhiệt và nước là sản phẩm phụ.
Ở cấp độ cơ bản, quá trình này khá hiệu quả. Tùy thuộc vào loại pin nhiên liệu hydro, tỷ lệ hiệu suất có xu hướng trung bình khoảng 60% tổng năng lượng được giải phóng bởi quá trình trên. Tuy nhiên, pin nhiên liệu hydro quy mô lớn với cacbonat nóng chảy hoặc oxit rắn cho màng điện phân của chúng có thể sử dụng cả nhiệt và điện được tạo ra để tăng hiệu suất, lên tới 85%. Trong khi đó, pin nhiên liệu di động như màng điện phân polyme (PEM) được sử dụng trong ô tô chạy bằng pin nhiên liệu có hiệu suất từ 50% đến 60%, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
OK, nhưng làm thế nào để so sánh với một chiếc xe thông thường? Cực kỳ tốt. Thật thú vị khi chúng ta chạy những chiếc xe của chúng ta trên những gì cơ bản tương đương với những vụ nổ có kiểm soát và khủng long chất lỏng, động cơ đốt trong là bất cứ thứ gì ngoại trừ hiệu quả. Không tính thời gian chạy không tải, hao phí năng lượng dọc theo bánh lái, lực cản không khí và ma sát, hầu hết các động cơ xăng mất khoảng 62% năng lượng nhiên liệu chỉ thành nhiệt lãng phí.
Nhưng luôn có một lợi ích khi bạn xoay quanh vấn đề nhiệt động lực học và hiệu suất năng lượng. Trong trường hợp của hydro, đó là một vấn đề của quá trình sản xuất. Hydro có thể là nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ, nhưng trừ khi bạn cảm thấy muốn rơi xuống bề mặt của mặt trời (mang theo đồ uống lạnh và giày đế dày!), Bạn sẽ không tìm thấy nguyên tố này ở đâu miễn phí. Hydro ở đây trên Trái đất luôn được liên kết với một thứ gì đó, có nghĩa là nó cần được chiết xuất, một quá trình tốn kém, mất thời gian và tiêu tốn một lượng năng lượng khổng lồ.
Hiện tại, hầu hết hydro của chúng ta được sản xuất thông qua quá trình điện phân hoặc bằng cách tách nó ra khỏi khí tự nhiên trong một quá trình được gọi là cải cách hơi nước . (Khí tự nhiên cũng là nhiên liệu hóa thạch.) Trong khi quá trình cải tạo hơi nước là phương pháp sản xuất hydro công nghiệp phổ biến nhất, nó đòi hỏi nhiều nhiệt và cực kỳ kém hiệu quả. Hydro được tạo ra từ quá trình cải tạo hơi nước thực sự có ít năng lượng hơn so với khí tự nhiên mà quá trình cải tạo hơi nước bắt đầu. Ngoài ra, không giống như pin nhiên liệu hydro, quá trình này tạo ra ô nhiễm - vì vậy, nó thực sự tiết kiệm năng lượng hơn nếu chỉ sử dụng chính các hydrocacbon làm nhiên liệu.
Tuy nhiên, vẫn có hy vọng. Mặc dù chúng tôi vẫn chưa tìm ra cách khả thi để có được hydro với giá rẻ, nhưng mọi thứ đang trở nên tốt hơn. Chi phí vật liệu đang giảm và có một số cách có thể dễ dàng hơn để thu thập nó, như khai thác tảo sản xuất hydro và sử dụng khí mê-tan từ các bãi chôn lấp. Một tương lai chạy bằng hydro có thể đang ở trong tầm mắt, hoặc ít nhất là một đốm sáng ở phía chân trời.
Mẹo tiết kiệm nhiên liệu cho mùa hè
Hướng dẫn sử dụng pin nhiên liệu an toàn cho đua xe
Tương lai giữ được gì cho tính linh động của hydro?
Sự thật về tiết kiệm nhiên liệu