Phát hiện đột phá: Sản xuất hydrogen peroxide không cần điện – Bước ngoặt cho ngành công nghiệp sạch
Ngày 26 tháng 7 năm 2026
Annie Nguyễn
Hydrogen peroxide là một hóa chất quen thuộc, có mặt trong các bệnh viện, nhà máy và phòng thí nghiệm trên toàn thế giới. Nó được sử dụng để khử trùng thiết bị y tế, sản xuất giấy, làm sạch chip bán dẫn và hỗ trợ nhiều quy trình công nghiệp khác. Tuy nhiên, việc sản xuất hydrogen peroxide thường đòi hỏi các nhà máy lớn, tiêu thụ nhiều năng lượng và sử dụng các phương pháp sản xuất phức tạp.
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Sungkyunkwan (Hàn Quốc), phối hợp với các nhà khoa học đến từ Đại học Hàn Quốc và Đại học Northwestern (Hoa Kỳ), đã phát triển một phương pháp mới để sản xuất hydrogen peroxide mà không cần nguồn điện bên ngoài. Phát hiện này hứa hẹn sẽ làm cho quá trình sản xuất trở nên sạch hơn, rẻ hơn và thân thiện với môi trường hơn. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science.
Vượt qua giới hạn của phương pháp truyền thống
Hiện nay, phần lớn hydrogen peroxide được sản xuất bằng phương pháp anthraquinone. Mặc dù hiệu quả, quy trình này tiêu tốn rất nhiều năng lượng và yêu cầu các cơ sở công nghiệp quy mô lớn. Các nhà khoa học đã tìm kiếm những phương pháp đơn giản hơn, có thể sản xuất hydrogen peroxide gần nơi sử dụng, đồng thời giảm tác động đến môi trường.
Một phương án thay thế đầy hứa hẹn là sản xuất điện hóa, tạo ra hydrogen peroxide bằng cách chuyển đổi oxy thông qua các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, các hệ thống hiện tại vẫn còn những hạn chế đáng kể. Chúng thường tiêu thụ một lượng điện năng đáng kể và mất hiệu suất do phản ứng diễn ra chậm.
Bong bóng khí – Yếu tố bị bỏ qua
Thay vì chỉ tập trung vào việc cải thiện các chất xúc tác, nhóm nghiên cứu đã xem xét một yếu tố ít được chú ý hơn: những bong bóng khí cực nhỏ hình thành trên bề mặt điện cực nơi các phản ứng hóa học xảy ra. Sử dụng camera siêu tốc, các nhà nghiên cứu đã quan sát kỹ lưỡng hành vi của những bong bóng siêu nhỏ này.
Họ phát hiện ra rằng một hóa chất gọi là furfural làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng, khiến nhiều bong bóng nhỏ bám vào bề mặt điện cực. Những bong bóng này chặn một phần điện cực, khiến oxy và các hóa chất khác khó tiếp cận vị trí phản ứng, làm chậm quá trình sản xuất hydrogen peroxide.
Giải pháp đơn giản, hiệu quả vượt trội
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp kiểm soát dòng chảy của chất lỏng qua hệ thống một cách cẩn thận. Dòng chất lỏng đã nhanh chóng cuốn các bong bóng khỏi bề mặt điện cực trước khi chúng cản trở phản ứng. Cải tiến đơn giản này đã cải thiện đáng kể hiệu suất.
Hệ thống mới đã tăng dòng điện tạo ra trong quá trình phản ứng lên khoảng ba lần so với các thiết kế trước đó. Quan trọng hơn, các nhà nghiên cứu đã đạt được sản xuất hydrogen peroxide ở cấp độ công nghiệp mà không sử dụng bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào. Thay vào đó, hệ thống hoàn toàn dựa vào một phản ứng hóa học tự phát, được gọi là quá trình galvanic, để tạo ra năng lượng cần thiết.
Hiệu suất cao và sản phẩm phụ có giá trị
Hệ thống cũng duy trì hiệu suất cao, với khoảng 90% phản ứng tạo ra hydrogen peroxide mong muốn thay vì các sản phẩm phụ không mong muốn. Đồng thời, nó cũng tạo ra khí hydro, được coi là nhiên liệu sạch cho tương lai, cùng với axit furoic, một hóa chất có giá trị được sử dụng trong sản xuất.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng phương pháp mới sử dụng ít năng lượng hơn đáng kể so với các hệ thống sản xuất điện hóa hiện tại. Họ tính toán mức tiêu thụ điện năng khoảng 236 kilowatt-giờ cho mỗi tấn hydrogen peroxide, thấp hơn đáng kể so với các công nghệ hiện có.
Ý nghĩa chiến lược và triển vọng tương lai
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ hành vi vật lý của bong bóng trong các phản ứng hóa học – một vấn đề thường bị bỏ qua. Bằng cách cải thiện cách chất lỏng di chuyển qua hệ thống, họ đã đạt được tốc độ sản xuất có thể phù hợp cho các ứng dụng thương mại.
Mặc dù cần nhiều nghiên cứu hơn trước khi công nghệ này được ứng dụng trong công nghiệp, nghiên cứu này đã chứng minh một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để sản xuất hydrogen peroxide theo cách sạch hơn và bền vững hơn. Chiến lược tương tự cũng có thể cải thiện các công nghệ điện hóa khác, giúp phát triển các quy trình sản xuất trong tương lai sử dụng ít năng lượng hơn và giảm phát thải carbon.
