Chất xúc tác mới cho công nghệ năng
lượng sạch
Năng lượng khai thác từ hydro có thể là một nguồn năng lượng sạch của tương lai,
năng lượng từ khí hydro có thể thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch như xăng,
dầu vẫn được sử dụng hiện nay. Những đề án sản xuất năng lượng bắt nguồn từ hydro
chắc chắn không còn lạ lẫm với chúng ta nữa.
Trong tương lai, những nhà máy sản xuất điện hay những cỗ máy chạy bằng hydro có
thể sẽ thay thể các nhà máy, máy móc hiện nay, tuy nhiên, đó là viễn cảnh về tương
lai. Thực tế, trong hiện tại, việc sử dụng nguồn năng lượng từ khí hydro vẫn còn gặp
nhiều thách thức. Một trong những khó khăn đầu tiên nhưng cũng vô cùng khó giải
khi muốn sử dụng nguồn năng lượng khí hydro chính là việc phân tách được khí
hydro nguyên chất để đem vào sử dụng. Chi phí phân tách khí hydro nguyên chất
thường bị đội lên rất cao do phải sử dụng đến các nguyên tố hóa học hiếm có, đắt đỏ
như platinum.
Những tấm pin hydro sẽ sớm thay thế nguồn năng lượng hiện thời.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven đã nghiên
cứu và tạo ra được chất xúc tác có thể biến hydro thực sự trở thành nguồn năng lượng
sạch hơn, có hiệu quả hơn những nguồn năng lượng đang được sử dụng. Chất xúc tác
này không chỉ hoạt động vô cùng hiệu quả mà lại có giá thành thấp, điều này sẽ giúp
giảm thiểu chi phí sản xuất năng lượng sạch từ hydro xuống rất nhiều.
Chắc chắn khi nhắc đến việc sản xuất hydro nguyên chất, chúng ta không thể không
nghĩ đến nước, thành phần có mặt khắp mọi nơi trên Trái Đất và có chứa trong mình
nguyên tố hydro. Nước chính là nguồn cung cấp khí hydro khổng lồ, rẻ tiền và không
cho các sản phẩm khí nhà kính phụ trong quá trình sản xuất khí hydro. Tuy nhiên, như
đã nói ở trên, việc tách lấy khí hydro lại đòi hỏi kỹ thuật cũng như nguồn kinh phí cực
lớn.
Một chất được coi là có thể điện phân, tách hydro và oxy từ nước tốt nhất phải bảo
đảm là chất hoạt động mạnh và có độ bền cao. Chất xúc tác hiệu quả nhất cho việc
điện phân nước để lấy hydro nguyên chất hiện nay là platinum.
Với mức giá 50.000 USD/kg, việc sử dụng rộng rãi năng lượng hydro thực sự không
phải là điều những đất nước nghèo như Việt Nam có thể ngay lập tức thực hiện được.
Platinum đắt đỏ và khan hiếm không phải là sự lựa chọn số 1 cho ngành năng lượng
sạch.
Hơn nữa, ngay cả khi chấp nhận bỏ ra cả một khoản chi phí khổng lồ, sở hữu platinum
cũng không phải là việc quốc gia nào cũng có thể thực hiện được. Sự hiếm có của
nguyên tố platinum cũng là một nguyên nhân khiến cho việc sử dụng nguồn năng
lượng từ khí hydro trên toàn cầu hiện nay tạm thời chưa thực hiện được, chúng ta
không có đủ platinum để phục vụ cho ngành năng lượng mới này trên toàn cầu.
Chất xúc tác mới được tạo ra từ nickel và chất kim loại molybdenum. Mặc dù được
tạo ra để thay thể platinum trong việc tạo ra hydro nguyên chất, thứ chất xúc tác mới
này vẫn không thể so sánh với platinum trong việc xúc tác điện phân tách hydro
nguyên chất. Để giải quyết vấn đề này, nitro được thẩm thấu vào thông qua quá trình
tăng nhiệt trong môi trường amoniac nhiệt độ cao. Quá trình này thẩm thấu khí nitro
vào sâu trong hỗn hợp nikel – molybdenum và tạo ra sản phẩm có thể thực sự thay thể
platinum.
Nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven.
Sản phẩm được các nhà nghiên cứu tạo ra là một loại giấy với cấu trúc phân tử nano.
Chất liệu mới này có tác dụng giống platinum, nó đẩy mạnh quá trình điện phân nước
để tạo ra các phân tử khí nguyên chất. Hơn nữa, cấu trúc dạng tấm này giúp tạo ra
nhiều không gian cho phản ứng hóa học xảy ra hơn. Theo trưởng nhóm nghiên cứu,
ông Wei-Fu Chen, chính thành phần nitro tuy vô cùng đơn giản nhưng lại giúp cho
hỗn hợp nikel – molybdenum trở thành có khả năng thay thế platinum trong việc sản
xuất hydro nguyên chất. Nitro khiến cho tấm lưới electron của hỗn hợp nikel –
molybdenum trở nên dày đặc hơn, khiến nó trở nên giống với thứ nguyên liệu
platinum đắt đỏ hơn và giúp tăng độ bền của tấm lưới này hơn
Trên thực tế, hỗn hợp nikel – molybdenum vẫn chỉ gần tốt bằng chất platinum trong
việc xúc tác điện phân, tuy nhiên, với mức giá chỉ bằng 1/1000 của platinum, hỗn hợp
tổng hợp này thực sự sẽ thay thế được platinum trong ngành sản xuất năng lượng hiện
đại. Không chỉ có vậy, nikel cũng như molybdenum hay nitro không phải là những
chất quá hiếm, bất cứu quốc gia nào cũng có thể trang bị cho ngành năng lượng sạch
của họ mà không sợ phải lo những nguồn tài nguyên này sớm cạn kiệt.
Thực sự, mặc dù không thay thế một cách hoàn hảo cho chất platinum, chất xúc tác
nikel – molybdenum có thể khiến cho giá thành sản xuất năng lượng sạch hydro giảm
xuống đáng kể.
Mẫu chất xúc tác dưới kính hiển vi.
Hợp chất đơn giản này thực sự có thể trở thành bệ phóng của ngành năng lượng sạch
trong tương lai.