Tìm ra phương pháp chiết tách hydro cực kỳ hiệu quả, giá rẻ bất ngờ

Các nhà khoa học vừa tìm ra một phương pháp mới để phân tách hydro và oxy rẻ và cực kì hiệu quả chỉ từ nước.

Điều này có nghĩa là trong tương lai, chúng ta có thể tạo một lượng nhiên liệu hydro dồi dào.

Hydrogen là nguồn tuyệt vời cho năng lượng sạch, nhưng thách thức đối với các nhà nghiên cứu là làm sao tạo ra nó vừa hiệu quả vừa có giá cả phải chăng.

Một chất xúc tác mới được phát triển gần đây có thể giải quyết được cả hai vấn đề này. Nhiên liệu hydro được tách từ nước có chất lượng và chi phí thực hiện thấp hơn số tiền bỏ ra cho quá trình này từ trước đến giờ. Đặc biệt, sự phân tách có thể được thực hiện liên tục trong 20 giờ.

Theo các nhà nghiên cứu thuộc Trường đại học Houston (Mỹ), chất xúc tác đặc biệt này vượt trội những vật liệu cũ ở độ bền, khả năng lưu trữ năng lượng, cũng như chi phí và hiệu quả.

Paul C. W. Chu – thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: "Hydrogen là nguồn năng lượng sơ cấp sạch nhất trên Trái đất mà chúng ta may mắn sở hữu. Nước có thể là nguồn cung cấp hydro dồi dào nhất nếu chúng ta có thể tách hydro ra khỏi liên kết mạnh với oxy trong nước. Việc chiết tách này chỉ được thực hiện bằng cách sử dụng chất xúc tác".

Để phân tách nước thành hydro và oxy, cần phải có hai phản ứng – mỗi nguyên tố một phản ứng. Trước đây, nhóm nghiên cứu gặp vấn đề trong việc thu được chất xúc tác hiệu quả cho một phần ôxy của phương trình, nhưng bây giờ mọi thứ đã được giải quyết.

Chất xúc tác được tạo thành từ một metaphtphat sắt và một nền tảng chứa bọt niken dẫn điện. Hai vật liệu này đều rẻ và dễ tìm, do đó sự kết hợp này sẽ đem lại một kết quả hoàn hảo, nhóm nghiên cứu cho biết.

Chất xúc tác mới là tương lai của nhiên liệu sạch. (Ảnh: Shutterstock).

Chất xúc tác cũng cho thấy độ bền ấn tượng trong các bài kiểm tra. Chất xúc tác mới có thể hoạt động trong hơn 20 giờ và 10.000 chu kỳ mà không hề gặp trở ngại.

Sử dụng phương pháp mới đồng nghĩa với việc có thể tạo ra hydro mà không đi kèm sản phẩm phụ “đáng ghét” là chất thải carbon. Đây là điều mà các phương pháp sản xuất hiện tại, như tinh chỉnh khí metan hơi và quá trình khí hóa than - không thể tránh khỏi.

Hiện nay, các phản ứng oxy thường chỉ được thực hiện nhờ các chất xúc tác như kim loại iridium, bạch kim hoặc ruteni... những kim loại “quý tộc” vốn rất tốn kém và khó tìm. Các chuyên gia nói rằng, phản ứng oxy đã trở thành một nút cổ chai cho toàn bộ quá trình tạo ra nó.

Trái lại Nickel thì dồi dào, rẻ tiền và dễ dàng để sử dụng hơn. Trong một phương pháp tách nước khác phát hiện năm ngoái, các nhà khoa học đã tìm ra được kim loại này. Vì vậy, hiện nhóm nghiên cứu có nhiều con đường để khám phá sự cải thiện trong việc sản xuất hydro.

Trên thực tế, sự phân tách thường được thực hiện bằng cách cung cấp dòng điện hoặc năng lượng mặt trời để khởi động. Nhưng vì nước chỉ thu được một phần nhỏ của phổ ánh sáng nên quá trình sẽ bắt đầu bằng việc chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng, sau đó sử dụng điện để giải phóng hydro.

Nếu các nhà khoa học có thể điều chỉnh tốt công thức này, cuối cùng hydro có thể cung cấp năng lượng cho tất cả mọi thứ từ nhà đến xe hơi. Và đây là một lựa chọn tốt hơn cho môi trường – tốt hơn nhiều so với các nhiên liệu hoá thạch phun CO2. Nhiên liệu hydro tạo ra nước như một sản phẩm phụ của sự đốt cháy, vừa bền vững vừa không gây ô nhiễm.

Một tin tốt nữa là nếu đường dẫn điện phân nước không có kết quả, các nhà nghiên cứu sẽ tìm cách lấy hydro từ sinh khối. Chúng ta càng sử dụng ít nhiệt độ và ít năng lượng để tạo ra hydro, hành tinh của chúng ta sẽ càng tốt hơn. Và khi chúng ta đã sẵn sàng sử dụng, hydro tuyệt đối sạch hơn và xanh hơn nhiên liệu hóa thạch.

Các nhà nghiên cứu ở Houston cho biết: "Chúng tôi tin rằng, phát hiện này là một bước tiến lớn trong việc sản xuất hyđrô một cách thực tế và có hiệu quả bằng cách chia tách nước. Nó sẽ góp phần đáng kể vào việc nỗ lực giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu hoá thạch”.

Toàn bộ nghiên cứu đã được công bố trên PNAS.

Trước đó, đã có nhiều phương pháp có thể phân tách hydro từ nước. Ví dụ, một nhóm các nhà khoa Nhật Bản đã phát triển một nguyên liệu dùng ánh sáng mặt trời để phá vỡ các phân tử nước thành các yếu tố cấu thành gồm hydro và oxi. Hay Trung tâm về quang hợp nhân tạo ở Viện công nghệ California (Caltech) đã sản xuất nhiên liệu mà chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide. Phương pháp này bắt chước quá trình quang hợp tự nhiên ở thực vật và lưu trữ năng lượng dưới dạng các nhiên liệu hoá học để sử dụng theo nhu cầu.