Để giảm lượng khí thải CO 2 , việc chuyển đổi năng lượng từ hệ thống năng lượng dựa trên carbon sang hệ thống bền vững hơn dựa trên năng lượng hydro là rất cấp thiết. Tuy nhiên, bản chất của hydro (như mật độ thể tích thấp, dễ cháy và giòn) khiến việc sử dụng nó như một nguồn năng lượng phổ biến trở nên cực kỳ khó khăn. Do đó, chìa khóa để thiết lập một xã hội dựa trên hydro là sử dụng hydro an toàn và hiệu quả.
Tối ưu hóa các phân tử LOHC thông qua phương pháp tiếp cận kỹ thuật phân tử. Sửa đổi vị trí của nhóm methyl trong LOHC bicyclic chứa nitơ (trái) và LOHC tricyclic dựa trên hydrocarbon (phải). Tín dụng: Viện nghiên cứu công nghệ hóa học Hàn Quốc (KRICT)
Một cách để thực hiện điều này là sử dụng công nghệ chất mang hydro hữu cơ dạng lỏng (LOHC), có thể lưu trữ và vận chuyển hydro một cách an toàn với số lượng lớn thông qua liên kết hóa học.
Công nghệ LOHC cung cấp giải pháp cho phép lưu trữ hydro trong các hợp chất hữu cơ dạng lỏng, ổn định ở nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh, giống như xăng hoặc dầu diesel . Công nghệ này cũng hợp lý hóa việc vận chuyển hydro bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng nhiên liệu hóa thạch hiện có, do đó giảm chi phí liên quan đến phân phối hydro so với các phương pháp lưu trữ hydro khác.
Những nỗ lực đáng kể đã được hướng tới việc phát triển chất xúc tác và thiết kế lò phản ứng mới để tăng cường hiệu quả khử hydro và hydro hóa của các hệ thống dựa trên LOHC. Tuy nhiên, cách tiếp cận hiệu quả nhất nằm ở việc giải quyết những hạn chế vốn có của chính vật liệu LOHC.
Chìa khóa của công nghệ LOHC dựa vào việc phát triển các hợp chất hữu cơ thích hợp để lưu trữ hydro. Các đặc tính của vật liệu LOHC rất quan trọng trong việc xác định các yếu tố chính như khả năng lưu trữ hydro, động học phản ứng, mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình khử hydro/hydro hóa và khả năng đảo ngược.
So sánh hiệu suất phản ứng lưu trữ/giải phóng hydro giữa các LOHC được tối ưu hóa về cấu trúc và các LOHC hiện có. Tín dụng: Viện nghiên cứu công nghệ hóa học Hàn Quốc (KRICT)
Trong các nghiên cứu trước đây, việc tập trung vào việc đáp ứng khả năng lưu trữ hydro (>6 wt%) và các tính chất lý hóa (phạm vi nhiệt độ lỏng rộng từ dưới 0 đến 300°C) cho chất mang LOHC thơm đã dẫn đến việc thiếu sự đa dạng về vật liệu, hạn chế tiềm năng cải thiện hiệu suất.
Một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Jihoon Park tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc (KRICT) đứng đầu đã phát triển các vật liệu LOHC tiên tiến và đang tích cực khám phá các hợp chất LOHC mới để tăng tính đa dạng của vật liệu LOHC nhằm cải thiện hiệu suất.
Những phát hiện này được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa vật liệu LOHC thông qua phương pháp tiếp cận kỹ thuật phân tử, thiết kế lại cấu trúc phân tử của chúng để khắc phục những hạn chế của nó. Năm 2018, nhóm nghiên cứu đã phát triển một vật liệu LOHC mới (MBP, 2-(n-methylbenzyl)pyridine) giúp tăng cường hiệu suất khử hydro bằng cách thêm một nguyên tử N vào vòng benzen của benzyltoluene.
Tuy nhiên, thông qua sự kết hợp giữa các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết, nhóm nghiên cứu đã có một khám phá mang tính đột phá: nhóm methyl (-CH3), trước đây được cho là có ít tác động, đã đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của vật liệu LOHC. Không giống như các vật liệu LOHC trước đây (MBP) tồn tại dưới dạng hỗn hợp đồng phân, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp tổng hợp mới cho vật liệu LOHC tinh khiết (2-benzyl-6-methylpyridine, BMP) với khả năng kiểm soát chính xác vị trí của nhóm methyl.
Sơ đồ cơ chế khử hydro trong đó nguyên tử cacbon và nitơ cầu tạo điều kiện cho việc loại bỏ và di chuyển hydro (bên trái). Rào cản năng lượng phản ứng của phản ứng khử hydro MBP được xúc tác bởi chất xúc tác Pd và Pt (bên phải). Tín dụng: Viện nghiên cứu công nghệ hóa học Hàn Quốc (KRICT)
Vật liệu LOHC mới (BMP) làm tăng tốc độ lưu trữ và giải phóng hydro lần lượt là 206% và 49,4% so với MBP.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã phát triển một ứng cử viên LOHC mới, benzyl-methylbenzyl-benzene (BMB), bằng cách sắp xếp lại nhóm methyl của dibenzyltoluene, một trong những vật liệu LOHC thương mại triển vọng nhất, để khắc phục những hạn chế về động học phản ứng chậm do cấu trúc hóa học của nó.
BMB thể hiện tốc độ hydro hóa nhanh hơn 150% so với DBT ở 150°C và giải phóng nhiều hydro hơn 170% so với DBT ở 270°C. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra cơ chế khử hydro mà vật liệu LOHC N-heterocyclic tương tác với nhiều kim loại hoạt động khác nhau trong chất xúc tác để tạo điều kiện chiết xuất hydro.
Tiến sĩ Jihoon Park cho biết, "Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc LOHC, cho phép kiểm soát chính xác vị trí của các nhóm methyl như các nhóm chức năng trong vật liệu LOHC, mở ra tiềm năng mới cho các hệ thống LOHC. Ngoài ra, những phát hiện này dự kiến sẽ ảnh hưởng đến thiết kế vật liệu lưu trữ hydro thế hệ tiếp theo, mở đường cho một xã hội dựa trên năng lượng hydro an toàn hơn và hiệu quả hơn."
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 a
