Đột phá trong phân tách và lưu trữ khí có thể nhanh chóng chuyển sang hydro xanh

Đột phá trong phân tách và lưu trữ khí có thể nhanh chóng chuyển sang hydro xanh

    [Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại

    https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos

    Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]

    Đột phá trong phân tách và lưu trữ khí có thể nhanh chóng chuyển sang hydro xanh

    Breakthrough in gas separation and storage could fast-track shift to green hydrogenẢnh: Shutterstock
    Vào năm 2016, các chuyên gia viết trên tạp chí Nature đã liệt kê bảy bước đột phá trong cách chúng ta xử lý các hóa chất có thể thay đổi thế giới tốt đẹp hơn. Chúng tôi tin rằng chúng tôi vừa đánh dấu một trong số những người đó ra khỏi danh sách.

    Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Materials Today, chúng tôi đã tìm ra một cách hiệu quả cao và hoàn toàn mới để tách, lọc, lưu trữ và vận chuyển một lượng lớn khí một cách an toàn, không có chất thải.

    Tại sao bước đột phá này lại quan trọng đến vậy? Chúng tôi tin rằng nó sẽ giúp vượt qua thách thức quan trọng của việc lưu trữ hydro bằng cách cho phép chúng tôi lưu trữ và vận chuyển một cách an toàn lượng hydro xanh khổng lồ ở dạng rắn với một phần nhỏ chi phí năng lượng. Điều này sẽ cho phép chúng ta đẩy nhanh quá trình hấp thụ hydro xanh, cũng như cho phép các nhà máy lọc dầu sử dụng nhiều, ít năng lượng hơn, và làm cho việc xử lý nhiều loại khí khác dễ dàng hơn.

    Hiện tại, việc phân tách dầu thô thành xăng và các khí khác trong các nhà máy lọc dầu phụ thuộc vào quá trình chưng cất đông lạnh tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Điều này chiếm tới 15% năng lượng sử dụng trên thế giới. Ngược lại, chúng tôi ước tính phương pháp mới của chúng tôi sẽ cắt giảm mức sử dụng năng lượng này lên đến 90%.

    Phương pháp này cung cấp cho thế giới một phương pháp lưu trữ rắn cho các chất khí với dung lượng cao hơn nhiều so với bất kỳ vật liệu nào trước đây. Các khí hấp thụ có thể được thu hồi thông qua một quá trình gia nhiệt đơn giản, giữ lại cả khí và bột không thay đổi, cho phép sử dụng ngay lập tức hoặc tái sử dụng.

    Chúng tôi đã tìm thấy gì?

    Bước đột phá này có ý nghĩa quan trọng — và một sự khác biệt so với sự hiểu biết được chấp nhận về quá trình tách và lưu trữ khí — nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã lặp lại thí nghiệm của mình từ 20 đến 30 lần trước khi chúng tôi thực sự tin vào điều đó.

    Vì vậy, làm thế nào nó hoạt động? Cách tiếp cận mới của chúng tôi sử dụng một phương pháp mới được gọi là "phay bi" để lưu trữ khí trong một vật liệu nano đặc biệt ở nhiệt độ phòng. Phương pháp này dựa trên các phản ứng cơ học, có nghĩa là máy móc được sử dụng để tạo ra các phản ứng bất thường.

    Thành phần đặc biệt trong quá trình này là bột boron nitride, rất tốt để hấp thụ các chất vì nó rất nhỏ nhưng có một lượng lớn diện tích bề mặt để hấp thụ.

    Để thực hiện công việc này, bột boron nitride được đưa vào một máy nghiền bi — một máy xay có chứa các viên bi thép không gỉ nhỏ trong một buồng — cùng với các khí cần được tách ra. Khi buồng quay với tốc độ cao dần, sự va chạm của các quả bóng với bột và thành của buồng sẽ kích hoạt một phản ứng cơ học đặc biệt, dẫn đến khí bị hấp thụ vào bột.

    Tốt hơn, một loại khí luôn được hấp thụ nhanh hơn, tách nó ra khỏi các loại khí khác và cho phép dễ dàng lấy ra khỏi cối xay. Bạn có thể lặp lại quá trình này qua nhiều giai đoạn để tách ra từng loại khí bạn muốn. Bạn có thể lưu trữ các chất khí trong bột để vận chuyển và tách chúng trở lại thành khí. Và tốt hơn nữa, bột boron nitride có thể được sử dụng để thực hiện cùng một quá trình tách và lưu trữ khí lên đến 50 lần.

    Quá trình này không yêu cầu hóa chất khắc nghiệt và không tạo ra sản phẩm phụ. Nó không yêu cầu các cài đặt tiêu tốn nhiều năng lượng như áp suất cao hoặc nhiệt độ thấp, cung cấp một cách rẻ hơn và an toàn hơn nhiều để phát triển những thứ như xe chạy bằng hydro.

    Quá trình hấp thụ khí phay bi này sử dụng khoảng 77 kilojoules mỗi giây để lưu trữ và phân tách 1.000 lít khí. Đó là năng lượng cần thiết để lái một chiếc xe điện trung bình 320 km. Nó ít năng lượng hơn ít nhất 90% so với phương pháp chưng cất đông lạnh được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu.

    Đó là lý do tại sao chúng tôi tin rằng bước đột phá này có thể đánh dấu một trong bảy cải tiến phương pháp tách hóa chất có thể thay đổi thế giới — cụ thể là cải thiện việc tách olefin-parafin, một phần quan trọng của ngành công nghiệp hóa dầu.

    Đây là đỉnh cao của 30 năm làm việc trong lĩnh vực vật liệu nano và hóa cơ của các nhà nghiên cứu tại Viện Vật liệu Biên giới của Đại học Deakin.

    Điều này sẽ giúp chúng ta chuyển sang năng lượng sạch như thế nào?

    Cuộc khủng hoảng khí đốt đang đối mặt với bờ biển phía đông của Úc đã thu hút sự chú ý đến sự phụ thuộc của chúng ta vào các loại nhiên liệu này. Đáp lại, ngày càng có nhiều lời kêu gọi đẩy nhanh việc chuyển sang sử dụng nhiên liệu khí sạch hơn như hydro xanh.

    Vấn đề là lưu trữ. Việc lưu trữ một lượng lớn hydro để sử dụng trong thực tế là rất khó khăn. Hiện nay, chúng ta tích trữ hydro trong bình cao áp hoặc bằng cách làm lạnh khí thành dạng lỏng. Cả hai đều đòi hỏi một lượng lớn năng lượng, cũng như các quy trình và hóa chất nguy hiểm.

    Đó là nơi mà phương pháp này có thể giúp đẩy nhanh quá trình hấp thụ hydro, bằng cách cho phép công nghệ lưu trữ trạng thái rắn an toàn và hiệu quả trên quy mô lớn. Khi được lưu trữ dưới dạng bột, hydro cực kỳ an toàn. Để lấy khí, bạn chỉ cần làm nóng bột trong chân không.

    Quy trình mới này có thể đạt được khả năng lưu trữ khí chưa từng có, vượt trội hơn bất kỳ vật liệu xốp nào đã biết. Ví dụ, quy trình mới của chúng tôi có thể lưu trữ lượng axetylen nhiều hơn 18 lần so với mức hấp thụ cao nhất mà khung kim loại-hữu cơ đạt được, một cách tiếp cận khác sử dụng vật liệu xốp.

    Khả năng tích trữ khí đốt cao đáng kể là đó là cách mới mà các phân tử khí dính vào bột trong quá trình nghiền bi, điều này không làm phân tử khí bị vỡ.

    Tuy nhiên, để quá trình này có thể mở rộng quy mô, chúng ta phải hoàn thiện quá trình xay xát. Có một điểm ngọt ngào trong quá trình xay xát tạo ra các phản ứng hóa học yếu hơn mà chúng ta muốn — mà không tạo ra các phản ứng mạnh hơn có thể phá hủy các phân tử khí. Chúng tôi cũng sẽ phải tìm ra cách để có được tỷ lệ lưu trữ tốt nhất cho từng vật liệu dựa trên cường độ xay xát và áp suất của khí.

    Với sự hỗ trợ của ngành, quy trình mới của chúng tôi có thể được mở rộng nhanh chóng để cung cấp các giải pháp thiết thực nhằm đảm bảo chúng tôi không bao giờ phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng khí khác — và có thể đẩy nhanh quá trình khử cacbon.

    Zalo
    Hotline