H2MOF cho rằng vật liệu nano được thiết kế để hút và giữ hydro ở áp suất thấp, giống như miếng bọt biển hấp thụ nước, là cách rẻ hơn, hiệu quả hơn để lưu trữ và di chuyển nhiên liệu.
Hydro là một dạng năng lượng không có carbon đầy hứa hẹn, nhưng việc di chuyển và lưu trữ nguyên tố siêu nhẹ rất tốn kém và tốn nhiều năng lượng. Vì vậy, một công ty khởi nghiệp ở California được đồng sáng lập vào năm 2022 bởi hai nhà hóa học hàng đầu, bao gồm cả người đoạt giải Nobel, đang thiết kế một loại bình mới được làm bằng vật liệu nano nhằm mục đích rẻ hơn và an toàn hơn bất kỳ loại bình nào hiện đang được sử dụng — đồng thời chứa được nhiều hydro hơn.
H2MOF có trụ sở tại Irvine, California hy vọng sẽ bán được bình hydro thế hệ tiếp theo của mình sau năm 2024 cho các nhà sản xuất xe hạng nặng với kế hoạch cung cấp xe chạy pin nhiên liệu không phát thải. Họ lập luận rằng ngoài việc chứa nhiên liệu bên trong xe, những thùng chứa này còn cung cấp một cách tốt hơn để vận chuyển nhiên liệu bằng xe tải hoặc tàu hỏa khi các nhà sản xuất xe tải chuyển sang sử dụng hydro để cung cấp năng lượng cho các đội tàu không thải carbon.
Thay vì bơm hydro nén hoặc hóa lỏng ở mức độ cao vào bể thông thường, H2MOF đang thiết kế một bể chứa nhiên liệu giàu năng lượng ở trạng thái rắn, hấp thụ nó thành vật liệu nano được thiết kế đặc biệt. Cách tiếp cận này dựa trên nghiên cứu của hai người đồng sáng lập và cố vấn khoa học: Omar Yaghi, giáo sư hóa học tại Đại học California, Berkeley và giáo sư Sir Fraser Stoddart, người đoạt giải Nobel hóa học năm 2016.
Giám đốc điều hành và đồng sáng lập Samer Taha nói với Forbes từ Dubai: “Chúng tôi chưa có bước đột phá nào trong việc lưu trữ hydro vì những đặc tính cực kỳ khó khăn của phân tử hydro”. “Các giáo sư Stoddart và Yaghi tin rằng điều đó đòi hỏi chúng ta phải đi sâu vào vấn đề và thiết kế các vật liệu mới với độ chính xác nguyên tử để đưa ra giải pháp phù hợp vì các kỹ thuật truyền thống sẽ không hiệu quả.”
Vật liệu khung hữu cơ kim loại
Công ty hy vọng sẽ là công ty đầu tiên thương mại hóa khung kim loại-hữu cơ, hay MOF, vật liệu được thiết kế ở cấp độ nguyên tử để lưu trữ hydro nhưng không đơn độc trong việc theo đuổi công nghệ này. Theo Science, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley gần đây đã công bố nghiên cứu về MOF gốc nhôm mà họ đã tạo ra để chứa hydro. (MOF, do người đồng sáng lập Yaghi phát minh, cũng là nguồn cảm hứng cho tên của công ty khởi nghiệp, một sự kết hợp liên quan đến từ viết tắt và hydro.)
“Chúng tôi chưa có bước đột phá nào trong việc lưu trữ hydro vì những đặc tính cực kỳ khó khăn của phân tử hydro.”
“Hãy coi nó như một sự kết hợp mới lạ giữa vật liệu hữu cơ với một số nguyên tử kim loại,” Taha nói. “Cấu trúc tinh thể ở cấp độ nano - ở quy mô cực kỳ nhỏ.”
H2MOF đang thử nghiệm các nguyên mẫu được chế tạo bằng vật liệu giống tinh thể được thiết kế để kéo và giữ các nguyên tử hydro giống như một miếng bọt biển hấp thụ nước. Và không giống như các thùng chứa được bọc bằng sợi carbon được sử dụng trong chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu Mirai của Toyota chứa hydro ở mức 10.000 pound mỗi inch vuông - mức áp suất mà các công cụ “hàm sự sống” sử dụng để cắt cửa ô tô – H2MOF dự định tạo áp suất cho thùng của mình ở mức thấp hơn hơn 300 pounds mỗi inch vuông.
Lưu trữ nhiều nhiên liệu hơn ở áp suất thấp hơn có nghĩa là chi phí ít hơn nhiều. Taha ước tính rằng việc chuyển từ bình áp suất cao sang công nghệ của nó có thể tiết kiệm 12.000 USD hàng năm chi phí năng lượng để vận hành xe buýt vận chuyển chạy bằng pin nhiên liệu. Và trong trường hợp của một chiếc ô tô như của Toyota, công nghệ của H2MOF có khả năng tăng gấp đôi quãng đường đi được 350 dặm cho mỗi lần nạp nhiên liệu bằng cách chứa nhiều hydro hơn mà không tăng thêm trọng lượng.
Ngài James Fraser Stoddart, trái, đã nhận giải Nobel Hóa học từ Vua Carl XVI Gustaf của Thụy Điển vào năm 2016. Ông là một trong những người đồng sáng lập và cố vấn khoa học của H2MOF.
AFP QUA HÌNH ẢNH NHẬN
Hydro được sử dụng nhiều để lọc dầu, sản xuất phân bón và trong công nghiệp hóa chất, nhưng hầu hết được tạo ra bằng hơi nước để tách nguyên tố này ra khỏi khí tự nhiên, thải ra carbon dioxide trong quá trình này. Sản xuất hydro không chứa CO2 bằng máy điện phân - giống như loại được bán bởi đơn vị Accelera của Plug Power và Cummins - đang trở nên phổ biến rộng rãi hơn, trong khi các công ty khởi nghiệp khác có kế hoạch kéo nó từ biển (Equatic) hoặc thậm chí khoan lấy nó (Koloma). Nhưng trừ khi các công ty khởi nghiệp như H2MOF hay Verne, cựu thành viên Forbes 30 Under 30 cũng đang nghiên cứu các loại xe tăng mới, có thể tìm ra những cách tốt hơn để di chuyển hydro hoặc sử dụng nó trong các phương tiện giao thông, thì khả năng thay thế nhiên liệu hóa thạch làm khí hậu nóng lên của nó sẽ bị hạn chế.
Hiện nay, hydro được bơm qua các đường ống ở Texas và California, nhưng chúng phải được làm bằng vật liệu có thể chịu được sự giòn và nứt mà hydro “trơn trượt” gây ra. Hóa lỏng nó là cách dễ dàng hơn để vận chuyển nhiên liệu, nhưng thậm chí còn tốn nhiều năng lượng hơn so với việc lưu trữ nó dưới áp suất cao.
Taha cho biết: “Chúng tôi sẽ không thể xây dựng đường ống mọi lúc ở mọi địa điểm và khoảng cách, vì vậy hiện tại ngành công nghiệp đang xem xét những chiếc xe tải lớn với thùng chứa khổng lồ - rất tốn kém và lãng phí rất nhiều năng lượng để tạo áp suất hoặc tạo ra hydro lỏng”. . “Một khi bạn bắt đầu mở rộng quy mô (hydro) thành một hoạt động kinh doanh thực sự và phát hiện ra rằng mình sắp lãng phí 30% năng lượng, những hoạt động kinh doanh đó sẽ dừng lại.”
H2MOF cho rằng các thùng chứa hydro thể rắn của họ sẽ có thể chứa được nhiều nhiên liệu nguyên tố hơn với áp suất chỉ bằng một phần áp suất của các thùng chứa bằng sợi carbon hiện tại.
H2MOF
Chính quyền Biden đã cung cấp khoản tài trợ và hỗ trợ chưa từng có cho hydro sạch, tháng trước đã công bố 7 tỷ USD cho mạng lưới các trung tâm trên khắp nước Mỹ để mở rộng quy mô sản xuất và sử dụng. Bộ Tài chính cũng dự kiến sẽ công bố hướng dẫn về khoản tín dụng thuế sản xuất mới hào phóng trị giá lên tới 3 USD/kg đối với hydro được sản xuất mà không tạo ra CO2 hoặc trong đó thu giữ carbon.
H2MOF vẫn chưa nộp đơn xin bất kỳ khoản tài trợ nào của Hoa Kỳ cho nghiên cứu liên quan đến hydro của mình. Đây là công ty con của Revonence Technologies International, một công ty tư nhân có trụ sở tại Jersey, Quần đảo Channel. Taha, người có bằng tiến sĩ về kỹ thuật điện, cho biết họ đã đầu tư hàng triệu đô la “hai con số” vào nghiên cứu của H2MOF, đồng thời điều hành Atoco, một công ty con khác của Revonence đang tạo ra vật liệu nano để loại bỏ CO2 khỏi không khí xung quanh và khí thải công nghiệp.
Ông nói: “Việc lưu trữ và vận chuyển hydro vẫn là nút thắt kỹ thuật thực tế. “Nếu chúng ta có thể đóng góp vào vấn đề lưu trữ và vận chuyển, điều đó sẽ mở ra nhu cầu thực sự và sẽ mở ra khả năng sử dụng hydro thực sự.”
