Nhận thấy điều này, nhóm sinh viên thuộc chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu Công nghệ lưu trữ hydrogen rắn trong đô thị thông minh, với mong muốn tìm ra giải pháp lưu trữ hydrogen an toàn, hướng tới xây dựng các đô thị thông minh, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả năng lượng.

Giải pháp giúp lưu trữ hydrogen an toàn, hiệu quả

Nhóm sinh viên gồm: Võ Dư Định, Lâm Đạo Nhơn, Mai Đức Hưng, Lê Anh Vân, Nguyễn Hưng Tâm, đều là sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, dưới sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Bùi Văn Hùng, Trưởng bộ môn Cơ khí Ô tô, thuộc khoa Cơ khí (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng) đã tập trung nghiên cứu đề tài “Công nghệ lưu trữ hydrogen rắn trong đô thị thông minh”. Đây là một trong những đề tài tiêu biểu trong hoạt động nghiên cứu khoa học và đổi mới sáng tạo khởi nghiệp trong sinh viên được nhà trường quan tâm và chú trọng phát triển.

Sản phẩm “Công nghệ lưu trữ hydrogen rắn trong đô thị thông minh” của nhóm sinh viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng trưng bày tại Triễn lãm sản phẩm sáng tạo của sinh viên.

Nhận thấy tiềm năng của công nghệ lưu trữ hydrogen rắn sẽ góp phần xây dựng các đô thị thông minh, nơi mà việc quản lý năng lượng hiệu quả là vô cùng quan trọng. Từ đó, nhóm sinh viên Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật, ĐH Đà Nẵng đã tập trung nghiên cứu, tìm hiểu các loại vật liệu lưu trữ hydrogen rắn, phân tích tính khả thi trong việc triển khai vào các hệ thống năng lượng của đô thị thông minh.

Tiến sĩ Bùi Văn Hùng cho biết, để giải quyết vấn đề về lưu trữ hydrogen một cách an toàn và hiệu quả, nhóm sinh viên của trường đã quyết định nghiên cứu công nghệ lưu trữ hydrogen rắn, với khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng hợp chất kim loại hydride.

Quá trình nghiên cứu bao gồm nhiều bước quan trọng. Ban đầu, nhóm nghiên cứu thực hiện tổng quan lý thuyết để nắm bắt kiến thức cơ bản và tiến hành tìm hiểu sâu về các loại vật liệu có khả năng lưu trữ hydrogen dưới dạng rắn cũng như nguyên lý hoạt động của chúng, đặc biệt là các hợp kim kim loại có khả năng hấp thụ và giải phóng hydrogen một cách hiệu quả. Các kiến thức này không chỉ giúp xác định hiệu suất của từng vật liệu mà còn phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lưu trữ như nhiệt độ, áp suất và khả năng tái sử dụng.

Tiến sĩ Bùi Văn Hùng và nhóm sinh viên nghiên cứu đề tài.

Nhóm đã thiết kế và xây dựng mô hình có cấu tạo gồm 2 phần: Phần cơ khí (Bình lưu trữ, bình nhớt gia nhiệt, bơm bánh răng) và phần vi mạch (Bo mạch Arduino, chiết áp điều khiển bơm, rơ le đóng ngắt sò, cảm biến khí hydro, cảm biến nhiệt, thanh gia nhiệt).

Phần cơ khí bao gồm: Bình lưu trữ, bình nhớt gia nhiệt, bơm bánh răng.

Phần vi mạch gồm có: Bo mạch Arduino, chiết áp điều khiển bơm, rơ le đóng ngắt sò, cảm biến khí hydro, cảm biến nhiệt, thanh gia nhiệt.

Sinh viên Võ Dư Định, nhóm trưởng nghiên cứu đề tài cho biết, hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng kim loại Mg để hấp thụ hydro qua hoạt động gia nhiệt được điều khiển bởi hệ thống tạo thành hợp chất MgH₂ theo phản ứng hóa học. Quá trình nạp và xả hydro diễn ra ở cùng mức nhiệt độ, khoảng 250-350°C. Khi áp suất dưới 1 bar, quá trình giải phóng hydrogen xảy ra, trong khi đó, khi áp suất trên 1 bar, quá trình nạp hydrogen được thực hiện.

Hoạt động cũng như các tính năng an toàn của hệ thống được quản lý chặt chẽ bởi vi điều khiển và các cảm biến. Sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử, nhiệt độ và áp suất giúp điều khiển quá trình chuyển pha một cách hiệu quả, đảm bảo hiệu suất cao trong việc lưu trữ và sử dụng năng lượng.

Bước tiếp theo, nhóm sử dụng phần mềm mô phỏng để phân tích các yếu tố kỹ thuật liên quan, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ lưu trữ hydrogen rắn trong các hệ thống năng lượng của đô thị thông minh. Những mô phỏng này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức công nghệ có thể được triển khai và tích hợp vào hệ thống năng lượng hiện tại, từ đó đánh giá tính khả thi và hiệu quả của nó trong thực tế.

Trải qua một năm nghiên cứu, thuận lợi và khó khăn đều có, đã cho thấy kết quả như mong đợi, có khả năng vận dụng vào thực tiễn. Qua đó cho thấy, vật liệu lưu trữ hydrogen rắn bằng hợp chất MgH₂ được thử nghiệm có khả năng hoạt động hiệu quả với hiệu suất tối ưu trong việc lưu trữ và giải phóng hydrogen. Công nghệ này không chỉ đảm bảo cơ bản về mức độ an toàn và ổn định trong môi trường đô thị mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các hệ thống quản lý năng lượng và phương tiện giao thông xanh.

Hướng tới xây dựng hệ thống năng lượng thông minh và thân thiện với môi trường

Nhu cầu hydrogen toàn cầu ngày càng tăng, bởi vì hydrogen là giải pháp thông minh cho sự bền vững của các hệ thống năng lượng trong tương lai do có thể được sử dụng như vật mang năng lượng và phương tiện lưu trữ trong các phương tiện giao thông xanh, trong lưới điện thông minh cũng như trong các ứng dụng khác.

Trong khi đó, các nghiên cứu hiện tại hay công nghệ về hydrogen thân thiện với môi trường, nhằm thay thế các nhiên liệu hóa thạch truyền thống vẫn chưa được triển khai rộng rãi và chưa phổ biến trên thị trường.

Chia sẻ về tính ứng dụng và vai trò của đề tài nghiên cứu “Công nghệ lưu trữ hydrogen rắn trong đô thị thông minh” đối với môi trường, sinh viên Lê Anh Vân cho rằng, đề tài đóng vai trò quan trọng giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường đô thị, bằng cách giảm thiểu khí thải ô nhiễm từ các nguồn năng lượng truyền thống, góp phần xây dựng các đô thị thông minh, nơi mà việc quản lý năng lượng hiệu quả là vô cùng quan trọng. Đồng thời, góp phần vào sự phát triển của nguồn năng lượng sạch và bền vững.

Chính vì hydrogen là nguồn năng lượng sạch, nên quá trình sử dụng không phát thải khí độc hại và các chất gây ô nhiễm môi trường. Ví dụ, ứng dụng hydrogen trong lĩnh vực giao thông có thể giúp giảm lượng khí thải từ các phương tiện, cải thiện chất lượng không khí, đặc biệt là khu vực đô thị, trong đó có thành phố Đà Nẵng. Ngoài ra, góp phần xây dựng đô thị thông minh, thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu quả năng lượng.

Hệ thống Công nghệ lưu trữ hydrogen rắn sau khi hoàn thiện.

Theo Tiến sĩ Bùi Văn Hùng, quá trình thực hiện đề tài, nhóm sinh viên gặp khá nhiều khó khăn, vì đây là công nghệ mới nên các tài liệu chuyên sâu còn thiếu; chi phí cho thiết bị nghiên cứu cao và khó khăn trong việc mô phỏng hệ thống lưu trữ, ứng dụng thực tế. Công nghệ liên quan đến hydrogen đòi hỏi kiến thức liên ngành, từ vật liệu đến cơ khí và năng lượng, khiến việc nắm bắt và triển khai trở nên phức tạp. Đặc biệt, vì tính dễ cháy nổ của Hydrogen, nên quá trình nghiên cứu và ứng dụng luôn phải đảm bảo an toàn tuyệt đối.

“So với các nghiên cứu trước đây, hệ thống của chúng tôi có nhiều ưu điểm vượt trội như mật độ lưu trữ cao, độ an toàn cao và khả năng điều khiển linh hoạt. Việc sử dụng hợp chất MgH2 giúp giảm thiểu đáng kể rủi ro cháy nổ, đồng thời tăng cường khả năng lưu trữ năng lượng. Vi mạch điều khiển được tích hợp giúp tối ưu hóa quá trình hấp thụ và giải phóng hydrogen, đảm bảo hiệu suất cao và ổn định của hệ thống”, Tiến sĩ Bùi Văn Hùng khẳng định.

Nhóm sinh viên bày tỏ hi vọng, với những kết quả đạt được trong thời gian nghiên cứu vừa qua cũng như trong thời gian tới, nhóm tiếp tục nhận được sự đồng hành, hỗ trợ của nhà trường và Tiến sĩ Bùi Văn Hùng, để tiếp tục nghiên cứu và phát triển sâu hơn công nghệ lưu trữ hydrogen rắn; mở rộng hợp tác với các chuyên gia, doanh nghiệp công nghệ, tìm kiếm tài trợ từ các quỹ nghiên cứu; tiến hành thử nghiệm quy mô nhỏ để đánh giá tính khả thi thực tiễn; thay thế và đánh giá khả năng lưu trữ hydrogen bằng nhiều hợp chất khác nhau để đưa ra giải pháp lưu trữ hydrogen rắn tối ưu nhất.