Thứ Ba, 13 tháng 3, 2012

Đố vui: “Điện từ nước” có giá bao nhiêu?

Nhân vụ “máy phát điện từ nước đang thu hút sự quan tâm của dư luận, vậy có câu hỏi này dành cho các bạn trẻ (đã học qua môn Hóa học Đại cương) tình cờ đi qua đây, như sau:
Theo những thông tin hiện có thì có thể phán đoán rằng: “chất xúc tác nano bí hiểm” mà TS. Nguyễn Chánh Khê sử dụng trong “máy phát điện chạy bằng nước” là hỗn hợp của than hoạt tính (activated carbon), chất khử NaBH4 và xúc tác Pt. Than hoạt tính vừa là chất mang, vừa dùng để kiểm soát phản ứng tạo H2. Còn muội Pt có tác dụng thúc đẩy cho phản ứng giữa nước và NaBH4 xảy ra nhanh hơn vì nếu không, hỗn hợp này phản ứng vô cùng chậm.
Khí H­2 sau khi tạo ra do phản ứng giữa NaBH4 với nước sẽ được cho qua pin nhiên liệu để tạo điện.

Theo báo giá của các công ty hóa chất Trung Quốc, khi mua với số lượng lớn, giá của NaBH4 là 20-25USSD/kg, giá của than hoạt tính là 1-2USD/kg.

Giả thiết rằng:
-Do tài mặc cả, ta mua được các hóa chất với giá thấp nhất và miễn phí vận chuyển.
-Giá xúc tác Pt là 1USD/kg than hoạt tính.
-Giá nước là 0USD/kg.
-Than hoạt tính và
xúc tác
NaBH4 được trộn với tỷ lệ 1:1 về khối lượng.
-Hiệu suất của pin nhiên liệu là 50% (mức trung bình trên thế giới là 40-60%).
-Giá máy phát điện công suất 2kW là 1600 USD, khấu hao trong 3 năm.
- Lãi suất ngân hàng là 0%, bỏ qua giá nhân công vì ta sẵn lòng lấy công làm lãi.
Câu hỏi:
1. Giá điện của 1kWh sản suất theo phương pháp này là bao nhiêu?
2. Một hộ gia đình sử dụng máy phát điện công suất 2kW, dùng trung bình 12 giờ/ngày, một tháng sẽ phải trả bao nhiêu tiền và thải ra bao nhiêu kg chất thải?
-----
Đang tâm trạng vì đầu bài ra đã hơn hai ngày mà chưa có ai trả lời. Cố tìm lý do thì thấy sẽ có một trong 3 khả năng sau:
-Không có ai đi qua đây.
-Đầu bài dở, không ai quan tâm.
-Có quan tâm, nhưng không biết cách tính.
Nếu là 2 lý do đầu thì chẳng nên lấy làm buồn. Còn nếu là lý do thứ ba thì cũng hơi tâm trạng một chút, vì những thứ này rất dễ so với bài tập môn Hóa học Đại cương mà tất cả sinh viên năm nhất, năm hai các trường khoa học, kỹ thuật đều phải học. Sinh viên giải bài tập khó làu làu.Vậy mà gặp một bài toán thực tế cỏn con mà không tính được, là sao?
Đang lúc thắc mắc như vậy thì nhận được lời giải của bạn B.D.T. Vui thật là vui. Nhưng xem kỹ thì hình như bạn này không phải là sinh viên, vì dùng tiếng Anh, mà sinh viên ta thì không khoái món này lắm.
Vậy xin đăng lời giải để kết thúc tiết mục này.
-----
1. Khi cho “chất xúc tác nano bí hiểm” đã nói ở trên vào nước, NaBH4 sẽ phản ứng với nước tạo hydro theo phản ứng:
NaBH4 + 2H2O 4 H2 + NaBO2, ∆H= -212 kJ/mol (1)
Khi phản ứng với nước theo phản ứng (1), 1 mol NaBH4 sẽ tạo ra 4 mol H2. Như vậy, 1kg NaBH4, tương ứng với 26.45 mol, sẽ tạo ra 105.8 mol H2.
Khí hydro sinh ra cho chạy qua pin nhiên liệu sẽ có phản ứng:
2H2+O2 2H2O, ∆H= -286 kJ/mol (2)
Vì phản ứng đốt cháy H2 có enthanpy là -286 kJ/mol, nên số khí H2 được tạo ra từ 1kg NaBH4 sẽ cung cấp một năng lượng là 30258 kJ, tức 8.4 kWh. Giả sử hiệu suất của pin nhiên liệu là 50%, ở mức trung bình trên thế giới, thì điện năng sản xuất được từ 1kg NaBH4 là 4,2kWh.
Với giá của các hóa chất như bài đã cho thì để có 4.2kWh này, cần chi trả 22 USD tiền NaBH4, than hoạt tính và xúc tác, tức 5.2USD/kW.
Nếu cộng thêm cả tiền khấu hao máy thì mức giá này là 5.3USD/kW.
Nếu cộng thêm các chi phí khác như phí vận chuyển, nhân công, lãi ngân hàng, lợi nhuận của nhà sản xuất, phí xử lý chất thải v.v, giả sử là 15-30% nữa, thì giá điện sẽ khoảng 6-7 USD/kW, gấp khoảng 100 lần giá điện hiện thời đang bán ở Việt Nam (khoảng 6,2 cents/kWh).
-----
2. Một gia đình sử dụng máy phát điện công suất 2kW, trung bình 12 giờ/ngày sẽ tiêu thụ 720 kWh/tháng.
Số tiền họ phải chi trả là: 720kWhx5,3USD/kWh=3816USD/tháng.
Nếu tính cả chi phí phụ đã nói ở trên (15-30%) thì số tiền chi trả lên đến khoảng 4300 -5000USD/tháng.
Tính lượng chất thải:
Theo phản ứng (1): Mỗi mol NaBH4 sẽ tạo ra 1 mol NaBO2. Tức mỗi kg NaBH4 sử dụng sẽ tạo ra 1.74kg NaBO2. Nếu cộng với lượng than hoạt tính thì số chất thải này là 2.74kg. Do đó, 1kWh sử dụng sẽ tạo ra 0.65kg chất thải. Vậy gia đình này sẽ thải ra môi trường 720x0,65=468kg chất thải/tháng.
Tóm lại:
-Một gia đình sử dụng một máy phát điện như vậy sẽ phải chi trả trên dưới 4000USD tiền điện và thải ra môi trường 468 kg chất thải một tháng.
-Nếu 5% dân số Việt Nam, khoảng 1 triệu hộ gia đình, dùng máy phát điện như vậy, tổng số tiền mà họ phải chi trả lên đến 50-60tỉ USD/năm, bằng nửa tổng GDP, và thải ra môi trường một lượng chất thải khoảng 4-5 triệu tấn/năm.
Kết luận: Dành cho bạn đọc.
-----
Lời giải của B.D.T (Mar 15, 2012 02:07 AM)
Simple calculation with assumption efficiency of 100% in every process, and only the cost of NaBH4 is considered:
NaBH4 4H2
H2+1/2O2 H2O ΔG(298) = -237k J/mol
For 1 kWh (3600kJ)
H2 required: 15.19 mol
NaBH4 required: 3.7975 mol = 0.14366 kG
Money for NaBH4 at least 0.14366*20 = 2.87 (USD ) ~ 59762 (VND)
So, what do you think?
---
Trả lời của Giáp Văn (15, 2012 02:29 AM):
Almost done. Thanks.