Hydro – Công thức tạo ra nhiên liệu không phát thải: Lon nước ngọt, nước biển và caffeine.
Nguồn năng lượng sạch bền vững có thể nằm ở lon nước ngọt cũ và nước biển.
Các kỹ sư của MIT đã phát hiện ra rằng khi nhôm trong lon nước ngọt được phơi bày ở dạng tinh khiết và trộn với nước biển, dung dịch sẽ sủi bọt và tự nhiên tạo ra hydro — một loại khí sau đó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ hoặc pin nhiên liệu mà không tạo ra khí thải carbon. Hơn nữa, phản ứng đơn giản này có thể được đẩy nhanh bằng cách thêm một chất kích thích phổ biến: caffeine.
Trong một nghiên cứu xuất hiện ngày hôm nay trên tạp chí Cell Reports Physical Science, các nhà nghiên cứu cho thấy họ có thể sản xuất khí hydro bằng cách thả những viên nhôm đã qua xử lý trước, có kích thước bằng viên sỏi vào một cốc nước biển đã lọc. Nhôm được xử lý trước bằng một hợp kim kim loại hiếm có tác dụng tẩy nhôm thành dạng tinh khiết có thể phản ứng với nước biển để tạo ra hydro. Các ion muối trong nước biển có thể thu hút và thu hồi hợp kim, có thể tái sử dụng để tạo ra nhiều hydro hơn, trong một chu trình bền vững.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng phản ứng giữa nhôm và nước biển này tạo ra khí hydro thành công, mặc dù chậm. Họ đã cho một ít bã cà phê vào hỗn hợp và ngạc nhiên khi thấy phản ứng diễn ra nhanh hơn.
Cuối cùng, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nồng độ imidazole thấp - một thành phần hoạt tính trong caffeine - đủ để tăng tốc đáng kể phản ứng, tạo ra cùng một lượng hydro chỉ trong năm phút, so với hai giờ nếu không có chất kích thích bổ sung.
Các nhà nghiên cứu đang phát triển một lò phản ứng nhỏ có thể chạy trên tàu biển hoặc phương tiện dưới nước. Tàu sẽ chứa một lượng viên nhôm (tái chế từ lon nước ngọt cũ và các sản phẩm nhôm khác), cùng với một lượng nhỏ gali-indi và caffeine. Những thành phần này có thể được đưa vào lò phản ứng theo định kỳ, cùng với một số nước biển xung quanh, để sản xuất hydro theo yêu cầu. Sau đó, hydro có thể cung cấp nhiên liệu cho động cơ trên tàu để chạy động cơ hoặc tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho tàu.
Aly Kombargi, tác giả chính của nghiên cứu, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí của MIT, cho biết:
Điều này rất thú vị đối với các ứng dụng hàng hải như thuyền hoặc phương tiện dưới nước vì bạn không phải mang theo nước biển — nó có sẵn.
“Chúng tôi cũng không cần phải mang theo một thùng hydro. Thay vào đó, chúng tôi sẽ vận chuyển nhôm làm 'nhiên liệu' và chỉ cần thêm nước để tạo ra hydro mà chúng tôi cần.”
Các đồng tác giả của nghiên cứu bao gồm Enoch Ellis, một sinh viên đại học chuyên ngành kỹ thuật hóa học; Peter Godart, Tiến sĩ khóa '21, người đã thành lập một công ty tái chế nhôm làm nguồn nhiên liệu hydro; và Douglas Hart, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT.
Khiên lên
Nhóm nghiên cứu MIT do Hart đứng đầu đang phát triển các phương pháp hiệu quả và bền vững để sản xuất khí hydro, được coi là nguồn năng lượng “xanh” có thể cung cấp năng lượng cho động cơ và pin nhiên liệu mà không tạo ra khí thải làm nóng khí hậu.
Một nhược điểm của việc cung cấp nhiên liệu cho xe bằng hydro là một số thiết kế sẽ yêu cầu phải mang theo khí trên tàu như xăng truyền thống trong bình chứa — một thiết lập rủi ro, xét đến tiềm năng dễ bay hơi của hydro. Thay vào đó, Hart và nhóm của ông đã tìm cách cung cấp năng lượng cho xe bằng hydro mà không cần phải liên tục vận chuyển khí.
Họ đã tìm ra giải pháp khả thi ở nhôm — một vật liệu ổn định và dồi dào trong tự nhiên, khi tiếp xúc với nước sẽ trải qua phản ứng hóa học đơn giản tạo ra hydro và nhiệt.
Tuy nhiên, phản ứng này đi kèm với một loại Catch-22: Trong khi nhôm có thể tạo ra hydro khi trộn với nước, nó chỉ có thể làm như vậy ở trạng thái tinh khiết, tiếp xúc. Ngay khi nhôm gặp oxy, chẳng hạn như trong không khí, bề mặt ngay lập tức tạo thành một lớp oxit mỏng giống như lá chắn ngăn chặn các phản ứng tiếp theo. Rào cản này là lý do tại sao hydro không ngay lập tức sủi bọt khi bạn thả một lon soda vào nước.
Trong công trình trước đó, sử dụng nước ngọt, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể xuyên thủng lớp bảo vệ của nhôm và duy trì phản ứng với nước bằng cách xử lý trước nhôm bằng một lượng nhỏ hợp kim kim loại hiếm được làm từ nồng độ gali và indi cụ thể. Hợp kim này đóng vai trò là "chất hoạt hóa", cọ rửa mọi cặn oxit và tạo ra bề mặt nhôm nguyên chất có thể phản ứng tự do với nước. Khi họ chạy phản ứng trong nước khử ion mới, họ phát hiện ra rằng một viên nhôm được xử lý trước tạo ra 400 mililít hydro chỉ trong năm phút. Họ ước tính rằng chỉ 1 gam viên nhôm sẽ tạo ra 1,3 lít hydro trong cùng khoảng thời gian đó.
Nhưng để mở rộng hệ thống hơn nữa sẽ cần nguồn cung cấp gali indi đáng kể, vốn tương đối đắt và hiếm.
Kombargi cho biết: “Để ý tưởng này có hiệu quả về mặt chi phí và bền vững, chúng tôi phải nghiên cứu cách thu hồi hợp kim sau phản ứng”.
Bên bờ biển
Trong công trình mới của nhóm, họ phát hiện ra rằng họ có thể thu hồi và tái sử dụng gali indi bằng dung dịch ion. Các ion — nguyên tử hoặc phân tử có điện tích — bảo vệ hợp kim kim loại khỏi phản ứng với nước và giúp nó kết tủa thành dạng có thể múc ra và tái sử dụng.
“May mắn cho chúng tôi là nước biển là một dung dịch ion rất rẻ và có sẵn”, Kombargi, người đã thử nghiệm ý tưởng này với nước biển từ một bãi biển gần đó, cho biết. “Tôi thực sự đã đến bãi biển Revere cùng một người bạn và chúng tôi lấy chai của mình và đổ đầy, sau đó tôi chỉ cần lọc tảo và cát, thêm nhôm vào, và nó hoạt động với cùng kết quả nhất quán”.
Ông phát hiện ra rằng hydro thực sự sủi bọt khi ông cho nhôm vào một cốc nước biển đã lọc. Và sau đó ông có thể múc gali indi ra. Nhưng phản ứng diễn ra chậm hơn nhiều so với trong nước ngọt. Hóa ra là các ion trong nước biển hoạt động để bảo vệ gali indi, sao cho nó có thể kết tụ và được thu hồi sau phản ứng. Nhưng các ion có tác dụng tương tự đối với nhôm, tạo ra một rào cản làm chậm phản ứng của nó với nước.
Trong khi tìm cách tăng tốc phản ứng trong nước biển, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều thành phần khác nhau và không thông thường.
Kombargi cho biết: “Chúng tôi chỉ nghịch một số thứ trong bếp và nhận thấy rằng khi thêm bã cà phê vào nước biển và thả những viên nhôm vào, phản ứng diễn ra khá nhanh so với khi chỉ dùng nước biển”.
Để xem điều gì có thể giải thích cho sự tăng tốc này, nhóm nghiên cứu đã liên hệ với các đồng nghiệp tại khoa hóa học của MIT, những người gợi ý họ thử imidazole - một thành phần hoạt tính trong caffeine, có cấu trúc phân tử có thể xuyên qua nhôm (cho phép vật liệu tiếp tục phản ứng với nước), trong khi vẫn giữ nguyên lớp bảo vệ ion của gali indi.
Kombargi nói:
“Đó là chiến thắng lớn của chúng tôi,”
“Chúng tôi đã có mọi thứ chúng tôi muốn: thu hồi gali indi, cùng với phản ứng nhanh chóng và hiệu quả.”
Các nhà nghiên cứu tin rằng họ có các thành phần thiết yếu để vận hành lò phản ứng hydro bền vững. Họ có kế hoạch thử nghiệm đầu tiên trên các phương tiện hàng hải và dưới nước. Họ đã tính toán rằng một lò phản ứng như vậy, chứa khoảng 40 pound viên nhôm, có thể cung cấp năng lượng cho một tàu lượn dưới nước nhỏ trong khoảng 30 ngày bằng cách bơm nước biển xung quanh và tạo ra hydro để cung cấp năng lượng cho động cơ.
Kombargi nói:
“Chúng tôi đang chỉ ra một cách mới để sản xuất nhiên liệu hydro, không cần phải mang hydro nhưng lại mang nhôm làm 'nhiên liệu'”
“Phần tiếp theo là tìm ra cách sử dụng nó cho xe tải, tàu hỏa và có thể là máy bay. Có lẽ, thay vì phải mang theo nước, chúng ta có thể chiết xuất nước từ độ ẩm xung quanh để sản xuất hydro. Đó là tương lai.”
Hydro – Công thức tạo ra nhiên liệu không phát thải: Lon nước ngọt, nước biển và caffeine.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
