Các kỹ sư của Đại học Illinois Chicago đã giúp thiết kế một phương pháp mới để tạo ra khí hydro từ nước chỉ bằng năng lượng mặt trời và chất thải nông nghiệp, chẳng hạn như phân chuồng hoặc vỏ trấu. Phương pháp này giúp giảm 600% năng lượng cần thiết để chiết xuất hydro từ nước, tạo ra cơ hội mới cho sản xuất hóa chất bền vững, thân thiện với khí hậu.
Phó giáo sư Meenesh Singh, bên phải, và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Rohit Chauhan làm việc trong phòng thí nghiệm của Singh tại Đại học Illinois Chicago. (Ảnh: Jenny Fontaine/UIC)
Nhiên liệu gốc hydro là một trong những nguồn năng lượng sạch hứa hẹn nhất. Nhưng sản xuất khí hydro tinh khiết là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng, thường đòi hỏi than hoặc khí tự nhiên và lượng điện lớn.
Nghe tóm tắt câu chuyện
Trong một bài báo đăng trên Cell Reports Physical Science, một nhóm nghiên cứu đa tổ chức do kỹ sư Meenesh Singh của UIC đứng đầu đã công bố quy trình mới để sản xuất hydro xanh.
Phương pháp này sử dụng một chất giàu carbon gọi là biochar để giảm lượng điện cần thiết để chuyển đổi nước thành hydro. Bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời hoặc gió và thu giữ các sản phẩm phụ cho các mục đích sử dụng khác, quá trình này có thể giảm lượng khí thải nhà kính xuống mức ròng bằng không.
“Chúng tôi là nhóm đầu tiên chứng minh rằng bạn có thể sản xuất hydro bằng cách sử dụng sinh khối ở mức một phần nhỏ của vôn”, Singh, phó giáo sư khoa kỹ thuật hóa học cho biết. “Đây là một công nghệ mang tính chuyển đổi”.
Điện phân, quá trình phân tách nước thành hydro và oxy, đòi hỏi dòng điện. Ở quy mô công nghiệp, nhiên liệu hóa thạch thường được yêu cầu để tạo ra điện này.
Gần đây, các nhà khoa học đã giảm điện áp cần thiết để phân tách nước bằng cách đưa nguồn cacbon vào phản ứng. Nhưng quá trình này cũng sử dụng than hoặc hóa chất đắt tiền và thải ra carbon dioxide như một sản phẩm phụ.
Singh và các đồng nghiệp đã sửa đổi quy trình này để thay vào đó sử dụng sinh khối từ các sản phẩm chất thải thông thường. Bằng cách trộn axit sunfuric với chất thải nông nghiệp, chất thải động vật hoặc nước thải, họ tạo ra một chất giống như bùn gọi là biochar, rất giàu carbon.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm với nhiều loại than sinh học khác nhau làm từ vỏ mía, chất thải cây gai dầu, chất thải giấy và phân bò. Khi được thêm vào buồng điện phân, cả năm loại than sinh học đều giảm công suất cần thiết để chuyển đổi nước thành hydro. Loại có hiệu suất tốt nhất là phân bò, giảm nhu cầu điện gấp sáu lần xuống còn khoảng một phần năm vôn.
Nhu cầu năng lượng đủ thấp để các nhà nghiên cứu có thể cung cấp năng lượng cho phản ứng bằng một pin mặt trời silicon tiêu chuẩn tạo ra khoảng 15 miliampe dòng điện ở mức 0,5 vôn. Con số này ít hơn lượng điện do một cục pin AA tạo ra.
“Nó rất hiệu quả, với gần 35% chuyển đổi than sinh học và năng lượng mặt trời thành hydro”, Rohit Chauhan, đồng tác giả và học giả sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Singh cho biết. “Đây là những con số kỷ lục thế giới; đây là con số cao nhất mà bất kỳ ai từng chứng minh”.
Để quá trình này đạt mức phát thải ròng bằng không, nó phải thu được carbon dioxide do phản ứng tạo ra. Nhưng Singh cho biết điều này cũng có thể mang lại lợi ích về mặt môi trường và kinh tế, chẳng hạn như sản xuất carbon dioxide tinh khiết thành đồ uống có ga hoặc chuyển đổi nó thành ethylene và các hóa chất khác được sử dụng trong sản xuất nhựa.
"Nó không chỉ đa dạng hóa việc sử dụng chất thải sinh học mà còn cho phép sản xuất sạch các loại hóa chất khác ngoài hydro", Nishithan Kani, đồng tác giả chính của bài báo, cho biết. "Cách sản xuất hydro giá rẻ này có thể cho phép nông dân tự duy trì nhu cầu năng lượng của họ hoặc tạo ra các nguồn doanh thu mới".
Orochem Technologies Inc., đơn vị tài trợ cho nghiên cứu này, đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho quy trình sản xuất than sinh học và hydro của họ, và nhóm UIC có kế hoạch thử nghiệm các phương pháp này trên quy mô lớn.
Ngoài Singh, Kani và Chauhan, bài báo còn có sự đồng tác giả của Rajan Bhawnani, sinh viên tốt nghiệp UIC. Các đồng tác giả khác đến từ Đại học Stanford, Đại học Texas Tech, Viện Công nghệ Ấn Độ Roorkee, Đại học Hàn Quốc và Orochem Technologies Inc.
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
