Các kỹ sư tiết lộ những cải tiến về chất xúc tác cho các giải pháp hydro ngọc lam bền vững
của Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ quốc gia
RTP) 8Ni-2Co_CeO2 Kết quả thử nghiệm dài hạn về chất xúc tác. Nguồn: Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc
Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Woohyun Kim từ Khoa nghiên cứu hydro tại Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc (KIER) đã phát triển thành công một chất xúc tác hỗn hợp niken-coban cải tiến có thể đẩy nhanh quá trình sản xuất và thương mại hóa hydro ngọc lam. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Công nghệ xử lý nhiên liệu.
Năm 2021, chính phủ Hàn Quốc đã công bố "Kế hoạch triển khai nền kinh tế hydro đầu tiên", với mục tiêu cung cấp 28 triệu tấn hydro sạch trong nước vào năm 2050. Do đó, các nghiên cứu về hydro gần đây đã tập trung tích cực vào các phương pháp sản xuất có thể giảm phát thải khí nhà kính.
Hydro ngọc lam, một loại hydro sạch, là công nghệ sản xuất hydro và carbon rắn bằng cách phân hủy nhiệt mêtan (CH₄), thành phần chính của khí tự nhiên. Mặc dù sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguồn, nhưng nó không thải ra carbon dioxide trong quá trình sản xuất. Do đó, nó loại bỏ nhu cầu thu giữ và lưu trữ carbon dioxide bổ sung, cho phép sản xuất hydro sạch.
Tuy nhiên, việc thương mại hóa công nghệ hydro màu ngọc lam đã bị trì hoãn do những thách thức trong việc cung cấp nhiệt cần thiết cho phản ứng. Sản xuất hydro màu ngọc lam xúc tác thường sử dụng chất xúc tác gốc niken và sắt, có hoạt tính thấp ở nhiệt độ thấp hơn, đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ cao khoảng 900°C để sản xuất ổn định.
Ngoài ra, việc thiếu các ứng dụng khả thi cho carbon được tạo ra cùng với hydro trong quá trình phản ứng vẫn là một vấn đề cần được giải quyết.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công một chất xúc tác cải tiến bằng cách thêm coban vào chất xúc tác gốc niken để khắc phục những hạn chế của chất xúc tác hiện có. So với các chất xúc tác đã nghiên cứu trước đây, chất xúc tác mới được phát triển cho phép sản xuất hydro với hiệu suất cao hơn ở phạm vi nhiệt độ thấp hơn đáng kể.
Nhóm nghiên cứu đang tiến hành các thí nghiệm về phân hủy nhiệt metan bằng chất xúc tác đã phát triển. Nguồn: Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc
Coban đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hoạt động điện và cải thiện độ bền khi được sử dụng làm chất xúc tác trong quá trình sản xuất vật liệu gốc cacbon. Dựa trên đặc tính này, nhóm nghiên cứu đã thêm coban vào chất xúc tác gốc niken và tiến hành các thí nghiệm để tối ưu hóa thành phần của nó và đảm bảo khả năng tái tạo. Kết quả là, họ phát hiện ra rằng thành phần chứa 8% niken và 2% coban đạt được hiệu suất sản xuất hydro cao nhất.
Chất xúc tác được phát triển đã chứng minh năng suất hydro cao hơn 50% so với các chất xúc tác được phát triển trước đó, dựa trên hoạt động ban đầu được đo trong vòng 30 phút đầu tiên, ngay cả ở nhiệt độ thấp 600°C. Ngoài ra, trong khi hoạt động ban đầu của các chất xúc tác hiện có được duy trì trong khoảng 90 phút, chất xúc tác mới kéo dài thời gian này thêm 60%, duy trì hoạt động ban đầu trong khoảng 150 phút.
Nhóm nghiên cứu cũng quan sát thấy sự hình thành các ống nano cacbon trên bề mặt chất xúc tác sau phản ứng. Các ống nano cacbon được sử dụng rộng rãi làm vật liệu điện cực cho pin thứ cấp và làm vật liệu xây dựng, trong số các ứng dụng khác. Phát hiện này làm nổi bật tiềm năng sản xuất vật liệu carbon có giá trị gia tăng cao cùng với sản xuất hydro.
Tiến sĩ Woohyun Kim, người đứng đầu nghiên cứu, tuyên bố, "Nghiên cứu này chứng minh một kết quả mang tính đột phá, cho phép sản xuất đồng thời hydro và ống nano carbon, đạt được cả năng suất và hiệu quả kinh tế.
"Chúng tôi có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu công nghệ sản xuất hàng loạt sử dụng chất xúc tác đã phát triển, tiến hành đánh giá hiệu suất và đảm bảo công nghệ vật liệu cốt lõi và khả năng thiết kế hệ thống phản ứng."
