Giảm chi phí nhiên liệu hydro: Nguyên mẫu đạt năng suất 99% nhanh hơn 8 lần so với các lò phản ứng mẻ thông thường
bởi Matt Shipman, Đại học Bang North Carolina
Nguồn: Đại học Bang North Carolina
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang North Carolina đã phát triển một kỹ thuật mới để chiết xuất khí hydro từ các chất mang lỏng nhanh hơn, ít tốn kém hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với các phương pháp tiếp cận trước đây.
Milad Abolhasani, tác giả tương ứng của một bài báo về cái mới cho biết: “Hydro được nhiều người coi là nguồn năng lượng bền vững cho giao thông vận tải, nhưng có một số trở ngại kỹ thuật cần phải vượt qua trước khi nó có thể được xem như một giải pháp thay thế thiết thực cho các công nghệ hiện có. kỹ thuật và là phó giáo sư về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại NC State. "Một trong những trở ngại lớn đối với việc áp dụng nền kinh tế hydro là chi phí lưu trữ và vận chuyển."
Nhiên liệu hydro không tạo ra khí thải CO2. Và các trạm tiếp nhiên liệu hydro có thể được đặt tại các trạm xăng hiện có, tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có. Nhưng vận chuyển khí hydro rất nguy hiểm, vì vậy hydro cần được vận chuyển qua chất mang lỏng. Một trở ngại chính đối với chiến lược này là việc chiết xuất hydro từ chất mang lỏng tại các điểm đến, chẳng hạn như các trạm tiếp nhiên liệu, tốn nhiều năng lượng và tốn kém.
Abolhasani nói: “Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng có thể sử dụng chất xúc tác quang để giải phóng khí hydro từ chất mang lỏng chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời. "Tuy nhiên, các kỹ thuật hiện có để làm điều này rất tốn công sức, thời gian và cần một lượng rhodium đáng kể - một kim loại rất đắt tiền."
Malek Ibrahim, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Chúng tôi đã phát triển một kỹ thuật áp dụng chất xúc tác quang có thể tái sử dụng và ánh sáng mặt trời để chiết xuất khí hydro từ chất mang lỏng của nó nhanh hơn và sử dụng ít rhodi hơn — làm cho toàn bộ quá trình này ít tốn kém hơn đáng kể,” Malek Ibrahim, tác giả đầu tiên của bài báo và là một cựu nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại NC State. "Hơn nữa, các sản phẩm phụ duy nhất là khí hydro và bản thân chất mang lỏng, có thể được tái sử dụng nhiều lần. Nó rất bền vững."
Một chìa khóa thành công của kỹ thuật mới là nó là một lò phản ứng dòng chảy liên tục. Lò phản ứng giống như một ống mỏng, trong suốt được nhồi đầy cát. "Cát" bao gồm các hạt oxit titan có kích thước micromet, nhiều hạt được phủ rhodium. Chất lỏng mang hydro được bơm vào một đầu của ống. Các hạt phủ rhodium nằm bên ngoài của ống, nơi ánh sáng mặt trời có thể chiếu tới chúng. Các hạt này là chất xúc tác quang học, khi có mặt ánh sáng mặt trời, phản ứng với chất mang chất lỏng để giải phóng các phân tử hydro dưới dạng khí.
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế hệ thống một cách chính xác để chỉ có các hạt bên ngoài của oxit titan được phủ rhodium, đảm bảo hệ thống không sử dụng nhiều rhodium hơn mức cần thiết.
Abolhasani nói: “Trong một lò phản ứng mẻ thông thường, 99% chất quang xúc tác là oxit titan và 1% là rhodi. "Trong lò phản ứng dòng chảy liên tục của chúng tôi, chúng tôi chỉ cần sử dụng 0,025% rhodi, điều này tạo ra sự khác biệt lớn về chi phí cuối cùng. Một gam rhodi đơn có giá hơn 500 đô la."
Trong lò phản ứng nguyên mẫu của họ, các nhà nghiên cứu có thể đạt được hiệu suất 99% - nghĩa là 99% phân tử hydro được giải phóng khỏi chất mang lỏng - trong ba giờ.
Ibrahim cho biết: “Tốc độ này nhanh hơn 8 lần so với các lò phản ứng hàng loạt thông thường, mất 24 giờ để đạt năng suất 99%. "Và hệ thống phải dễ dàng mở rộng quy mô hoặc mở rộng quy mô để cho phép tái sử dụng chất xúc tác trên quy mô thương mại — bạn chỉ cần làm cho ống dài hơn hoặc hợp nhất nhiều ống chạy song song."
Hệ thống dòng chảy có thể chạy liên tục lên đến 72 giờ trước khi hiệu suất của nó giảm xuống. Tại thời điểm này, chất xúc tác có thể được "tái sinh" mà không cần lấy nó ra khỏi lò phản ứng - đó là một quá trình làm sạch đơn giản mất khoảng sáu giờ. Sau đó, hệ thống có thể được khởi động lại và chạy với hiệu suất tối đa trong 72 giờ nữa.
Bang NC đã nộp bằng sáng chế tạm thời cho công nghệ này.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ChemSusChem.
