Nhiên liệu hóa thạch hiện nay đang khủng hoảng do nguồn cung dần cạn kiệt, xung đột địa chính trị và gây ô nhiễm môi trường [đã giải]

Nhiên liệu hóa thạch hiện nay đang khủng hoảng do nguồn cung dần cạn kiệt, xung đột địa chính trị và gây ô nhiễm môi trường. Bên cạnh các nguồn năng lượng tái tạo đang được phát triển mạnh (gió, mặt trời…) thì pin nhiên liệu, đặc biệt là pin hydrogen đang là hướng nghiên cứu đầy triển vọng, chuyển đổi năng lượng hóa học từ hydrogen và oxygen thành điện thông qua phản ứng điện hóa mà không cần xảy ra sự cháy.

Quá trình xảy ra tại một tế bào pin hydrogen điển hình là:
• Tại anode: Hydrogen được cung cấp và tiếp xúc với chất xúc tác platinum (Pt): H2 → 2H+ + 2e.
• Tại cathode: Oxygen từ không khí kết hợp với proton và electron tạo thành nước: O2 + 4H+ +4e → 2H2O.
a) Các proton (H+) và các electron đi qua màng trao đổi proton (PEM) từ anode đến cathode.
b) Phản ứng hóa học xảy ra trong pin hydrogen là: 2H2 + O2 → 2H2O, sản phẩm không phát thải khí CO2 nên đây là giải pháp hiệu quả hướng tới mục tiêu “Net Zero” (Phát thải ròng bằng 0).
c) Một mẫu xe ô tô điện sử dụng công nghệ pin hydrogen, bình chứa nhiên liệu của xe có dung tích 120 L chứa khí H2 được nén ở áp suất 700 atm và nhiệt độ 27°C. Biết định mức tiêu hao nhiên liệu trung bình của pin là 56 gam H2/kWh, phương trình trạng thái khí lí tưởng là P.V = n.R.T, với T là nhiệt độ (K), P là áp suất (atm), V là thể tích (L), n là lượng chất (mol), R = 0,082 (L.atm.mol-1.K-1). Nếu động cơ chạy liên tục trên cao tốc với công suất trung bình là 40 kW, xe chứa đầy nhiên liệu thì thời gian tối đa xe có thể hoạt động liên tục là 3 h. (Chỉ làm tròn ở phép tính cuối cùng, kết quả làm tròn đến hàng đơn vị).
d) Có một ít khí hydrogen không bị oxi hóa hết sẽ được dẫn ra ngoài và tái sử dụng.