Hóa Học Trong Năng Lượng Sạch

Pin mặt trời, thường làm từ silicon, hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện. Khi ánh sáng mặt trời (photon) chiếu vào tấm pin, nó truyền năng lượng cho các electron, làm chúng bật ra khỏi vị trí và tạo thành dòng điện.

Pin nhiên liệu Hydro kết hợp hydro và oxy để tạo ra điện, và sản phẩm phụ duy nhất là nước tinh khiết (H₂O). Do đó, nó không phát thải khí nhà kính hay các chất gây ô nhiễm khác như động cơ đốt trong, thân thiện hơn nhiều với môi trường.

Các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió không ổn định (chỉ có điện khi có nắng hoặc gió). Các hệ thống lưu trữ năng lượng, như pin Lithium-ion, cho phép lưu trữ năng lượng khi sản xuất dư thừa và sử dụng nó khi cần, đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định.

Các nhà hóa học đang nghiên cứu các vật liệu mới, như perovskite, có khả năng hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn silicon. Họ cũng phát triển các lớp phủ chống phản xạ và các cấu trúc nano để tối đa hóa lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển đổi thành điện năng.

Thách thức chính là sản xuất, lưu trữ và phân phối hydro một cách an toàn và hiệu quả. Hiện nay, hầu hết hydro được sản xuất từ khí tự nhiên, vẫn phát thải CO₂. Việc sản xuất "hydro xanh" bằng cách điện phân nước sử dụng năng lượng tái tạo là mục tiêu, nhưng vẫn còn tốn kém.

Pin Li-ion hoạt động bằng cách di chuyển các ion lithium giữa hai điện cực (anode và cathode) qua một chất điện li. Khi sạc, các ion lithium di chuyển từ cathode sang anode. Khi xả (sử dụng), chúng di chuyển ngược lại, tạo ra một dòng electron, tức là dòng điện.

Pin, đặc biệt là pin Li-ion, chứa các kim loại quý và đôi khi độc hại như lithium, cobalt, và niken. Việc khai thác các kim loại này có tác động lớn đến môi trường. Tái chế pin giúp thu hồi các vật liệu có giá trị này, giảm nhu cầu khai thác mới và ngăn chặn các chất độc hại rò rỉ ra môi trường.

Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu được sản xuất từ các nguồn sinh học (sinh khối), chẳng hạn như thực vật hoặc chất thải nông nghiệp. Ví dụ phổ biến là ethanol (từ ngô, mía) và biodiesel (từ dầu thực vật). Chúng được coi là một giải pháp thay thế tái tạo cho nhiên liệu hóa thạch.

Điện hóa học là ngành hóa học nghiên cứu mối quan hệ giữa điện năng và các phản ứng hóa học. Nó là nền tảng của hầu hết các công nghệ năng lượng sạch, bao gồm pin, pin nhiên liệu, và quá trình điện phân để sản xuất hydro.

Có. Siêu tụ điện lưu trữ năng lượng bằng cách tích tụ tĩnh điện, khác với pin lưu trữ bằng phản ứng hóa học. Chúng có thể sạc và xả nhanh hơn nhiều so với pin và có tuổi thọ cao hơn, nhưng mật độ năng lượng (lượng năng lượng lưu trữ trên mỗi kg) thường thấp hơn. Chúng rất phù hợp cho các ứng dụng cần cung cấp năng lượng nhanh và tức thời.