Hydro sạch trong vài phút: Vi sóng cung cấp năng lượng sạch nhanh hơn
bởi Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang
Sơ đồ minh họa giải phóng oxy khi tương tác với vi sóng (bên trái) và biểu đồ tương ứng về giải phóng và hấp thụ oxy (bên phải). Nguồn: POSTECH
Một nhóm liên ngành tại POSTECH đã phát triển một công nghệ giải quyết những hạn chế chính trong sản xuất hydro sạch bằng vi sóng. Họ cũng đã thành công trong việc làm sáng tỏ cơ chế cơ bản của quy trình sáng tạo này. Những phát hiện của họ, được công bố trên trang bìa bên trong của Tạp chí Hóa học Vật liệu A, đánh dấu một bước chuyển đổi trong việc theo đuổi năng lượng bền vững.
Khi thế giới chuyển hướng khỏi nhiên liệu hóa thạch, hydro sạch đã nổi lên như một ứng cử viên hàng đầu cho năng lượng thế hệ tiếp theo do không phát thải carbon. Tuy nhiên, các công nghệ sản xuất hydro hiện có phải đối mặt với những rào cản đáng kể. Các phương pháp nhiệt hóa học thông thường, dựa trên quá trình oxy hóa-khử oxit kim loại, đòi hỏi nhiệt độ cực cao lên tới 1.500°C. Các phương pháp này không chỉ tốn nhiều năng lượng và tốn kém mà còn khó mở rộng quy mô, hạn chế ứng dụng thực tế của chúng.
Để giải quyết những thách thức này, nhóm POSTECH đã chuyển sang một nguồn năng lượng quen thuộc nhưng chưa được sử dụng hết: năng lượng "vi sóng", nguồn năng lượng tương tự được sử dụng trong lò vi sóng gia dụng. Mặc dù vi sóng thường được sử dụng để hâm nóng thức ăn, nhưng chúng cũng có thể thúc đẩy các phản ứng hóa học một cách hiệu quả.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng năng lượng vi sóng có thể hạ nhiệt độ khử của ceria pha tạp Gd (CeO2) - một vật liệu chuẩn để sản xuất hydro - xuống dưới 600℃, cắt giảm yêu cầu về nhiệt độ hơn 60%. Đáng chú ý, năng lượng vi sóng được phát hiện có thể thay thế 75% năng lượng nhiệt cần thiết cho phản ứng, một bước đột phá cho sản xuất hydro bền vững.
Một tiến bộ quan trọng khác nằm ở việc tạo ra "các lỗ hổng oxy", đây là những khiếm khuyết trong cấu trúc vật liệu cần thiết để phân tách nước thành hydro. Các phương pháp thông thường thường mất nhiều giờ ở nhiệt độ cực cao để hình thành các lỗ hổng này. Nhóm POSTECH đã đạt được kết quả tương tự chỉ trong vài phút ở nhiệt độ dưới 600°C bằng cách tận dụng công nghệ vi sóng. Quá trình nhanh này đã được xác nhận thêm bằng mô hình nhiệt động lực học, cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về cơ chế cơ bản của phản ứng do vi sóng thúc đẩy.
Giáo sư Hyungyu Jin tuyên bố, "Nghiên cứu này có tiềm năng cách mạng hóa khả năng thương mại của các công nghệ sản xuất hydro nhiệt hóa học. Nó cũng sẽ mở đường cho sự phát triển của các vật liệu mới được tối ưu hóa cho các quy trình hóa học do vi sóng thúc đẩy."
Giáo sư Gunsu Yun nói thêm, "Việc giới thiệu một cơ chế mới được cung cấp năng lượng bởi vi sóng và khắc phục những hạn chế của các quy trình hiện có là những thành tựu lớn, có thể thực hiện được thông qua sự hợp tác liên ngành chặt chẽ của nhóm nghiên cứu của chúng tôi."
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Gunsu S. Yun, ứng viên tiến sĩ Jaemin Yoo (Khoa Vật lý, Phân khoa Kỹ thuật hạt nhân tiên tiến), Giáo sư Hyungyu Jin và ứng viên tiến sĩ Dongkyu Lee (Khoa Kỹ thuật cơ khí) dẫn đầu.
