Quang hợp nhân tạo, Toyota và Nippon Steel cũng tham gia. Nguồn cung cấp hydro xanh giá rẻ

Quang hợp nhân tạo, Toyota và Nippon Steel cũng tham gia. Nguồn cung cấp hydro xanh giá rẻ

    From Chisato Horiuchi in Tokyo, Japan

    Quang hợp nhân tạo, Toyota và Nippon Steel cũng tham gia. Nguồn cung cấp hydro xanh giá rẻ
    Quang hợp nhân tạo chờ ra hoa ㊤

    Sự chú ý đang được chú ý đến "quang hợp nhân tạo", tạo ra các chất hữu ích từ ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide (CO2). Trong giai đoạn giữa của quá trình sản xuất hydro, một cuộc trình diễn quy mô lớn với sự tham gia của Toyota Motor Corporation và Nippon Steel sẽ bắt đầu vào năm 2030, nhằm mục đích sản xuất "hydro xanh" không thải ra CO2 tại thời điểm sản xuất với giá thấp hơn phương pháp có nguồn gốc từ khí tự nhiên. Chúng tôi sẽ xem xét các nỗ lực và các vấn đề hàng đầu đối với việc hiện thực hóa "công nghệ mơ ước", là con át chủ bài cho quá trình khử cacbon.


    Bắt đầu trình diễn quy mô lớn hơn nữa để giảm chi phí (một cơ sở ở tỉnh Ibaraki đã thành công trong việc trình diễn khoảng 100 mét vuông vào năm ngoái)
    "Công nghệ liên quan đến chất xúc tác khí thải của Toyota là không thể thiếu cho sự phát triển của chất xúc tác quang và giảm chi phí thiết bị. Chúng tôi hoan nghênh sự tham gia của bạn." Toru Setoyama, Giám đốc điều hành của Mitsubishi Chemical, cho biết: Công ty đã làm việc với Đại học Tokyo và các trường khác trong 10 năm qua về một dự án trình diễn quang hợp nhân tạo. Với sự bổ sung của Toyota và các hãng khác, một dự án mới có tính ứng dụng thực tế sẽ bắt đầu.
    ■ Hỗ trợ 30 tỷ yên

    Dự án mới lần đầu tiên phát triển một tấm xúc tác quang có thể phân hủy nước thành hydro và oxy. Nước bị giữ lại trong bảng điều khiển mà tấm được gắn vào và ánh sáng mặt trời được chiếu vào để tạo ra hydro. Ban hội thẩm đã mở rộng từ dự án trình diễn tiền nhiệm lên vài đến 100 ha. Chi phí sản xuất hydro được lên kế hoạch giảm xuống còn 240 yên / kg trong 30 năm, bằng hoặc thấp hơn giá hydro được tách ra từ khí tự nhiên và xuống còn 170 yên hoặc thấp hơn vào năm 1950. Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới (NEDO) đã quyết định cung cấp 30 tỷ Yên trong vòng 10 năm tới.

    Nếu hydro có thể được sản xuất với giá rẻ, Toyota có thể sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu, và có khả năng xe hơi có thể được sản xuất với giá rẻ từ các bộ phận nhựa làm từ hydro. Vì là hydro màu xanh lá cây không thải ra CO2, nếu hydro này được sử dụng, nó sẽ dẫn đến việc ngăn chặn CO2 thải ra trong quá trình sản xuất ô tô.

    Nippon Steel, công ty đang nghiên cứu "sản xuất sắt bằng hydro" sử dụng hydro thay vì than để giảm quặng sắt và giảm đáng kể lượng khí thải CO2, cũng cần hydro giá rẻ. Nippon Steel nói, "Chúng tôi muốn xây dựng một hệ thống cung cấp hydro xanh."

    Sự tham gia của Toyota và Nippon Steel, đại diện cho ngành công nghiệp Nhật Bản, là một dấu hiệu cho thấy sự kỳ vọng cao đối với quá trình quang hợp nhân tạo, trong khi không phải chờ đợi phản hồi đối với quá trình khử cacbon.

    Quang hợp nhân tạo sử dụng ánh sáng mặt trời để phân hủy nước thành hydro và oxy, hydro và CO2 được tạo ra tạo ra chất hữu cơ. Theo nghĩa đen, nó thực hiện chức năng quang hợp của thực vật một cách giả tạo. Chủ đạo của quá trình phân hủy là chất xúc tác quang hấp thụ ánh sáng mặt trời hoặc hai phương pháp sử dụng điện cực. CO2 được thu thập từ các nhà máy và phản ứng với hydro để tạo ra nguyên liệu nhựa. Hydro và oxy được tạo ra trên đường đi cũng được sử dụng cho các mục đích khác.
    ■ Hiệu suất chuyển đổi thành 10%

    Để sử dụng trong công nghiệp, không thể thiếu sản xuất hydro càng rẻ càng tốt bằng cách tăng quy mô. Về vấn đề này, dự án trình diễn tiền thân của Mitsubishi Chemical và những người khác đã thành công trong việc sản xuất hydro trong bảng điều khiển lớn nhất thế giới có diện tích khoảng 100 mét vuông bằng phương pháp quang xúc tác vào năm 2009 và đã đạt được kết quả tuyệt vời. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng là khoảng 1%, còn xa tiêu chuẩn từ 5 đến 10% cho mục đích sử dụng thực tế, nhưng chúng tôi đặt mục tiêu đạt được 10% trong một dự án mới sẽ được tiếp quản bằng cách tăng quy mô.

    Ngoài dự án này, Nhật Bản còn có một loạt nỗ lực hướng tới ứng dụng thực tế.

    Giáo sư Yutaka Amao và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Thành phố Osaka, phối hợp với Iida Group Holdings, đã phát triển một phương pháp sản xuất axit formic từ ánh sáng mặt trời, CO2 và nước, sau đó phân hủy axit formic bằng chất xúc tác để tạo ra hydro. Nước được tạo ra khi đốt cháy hiđro sẽ phản ứng với CO2 để tạo ra axit fomic. Một "ngôi nhà quang hợp nhân tạo" cung cấp điện và nước nóng thông qua vòng tuần hoàn này đã được hoàn thành ở Miyakojima, tỉnh Okinawa. Cuộc biểu tình sẽ bắt đầu trong vòng 22 năm. "Có một cách để bao phủ tất cả năng lượng của một ngôi nhà bằng quang hợp nhân tạo" (Giáo sư Amao)

    Toyota Central R & D Labs. (Thành phố Nagakute, tỉnh Aichi), một công ty nghiên cứu và phát triển của Tập đoàn Toyota, cũng đã phát triển một thiết bị sản xuất axit formic từ pin mặt trời, nước và CO2. Bằng cách sử dụng các điện cực kết nối với pin mặt trời, hiệu suất chuyển đổi trên 10% đã đạt được với thiết bị 1 mét vuông vào tháng 12 năm ngoái. Kích thước này là mức cao nhất trên thế giới. Trong ngành công nghiệp ô tô, Nissan Motor Co., Ltd. cũng đang tiến hành nghiên cứu chế tạo nguyên liệu thô cho các bộ phận ô tô bằng phương pháp quang hợp nhân tạo với sự hợp tác của Viện Công nghệ Tokyo.
    ■ Vấn đề chi phí

    Mặc dù con đường để sử dụng thực tế đã trở nên rõ ràng, nhưng vẫn còn những vấn đề về chi phí. Ngay cả khi hydro có thể được sản xuất với giá rẻ, nếu chất xúc tác hiệu quả cao phản ứng với CO2 không thể được phát triển trong quá trình tiếp theo, sản lượng sẽ giảm và nguyên liệu nhựa được sản xuất sẽ tăng lên. Để cạnh tranh với nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ về giá, cũng cần phải mua CO2 với giá rẻ.

    Tomohiko Sato, một nhà nghiên cứu cấp cao tại Viện Nghiên cứu Mitsubishi, giải thích, "Chúng ta nên vẽ những bức tranh có liên quan đến chuỗi cung ứng quốc tế." Để tận dụng hiệu quả ánh sáng mặt trời, tốt hơn hết bạn nên bố trí một nhà máy lớn ở khu vực gần đường xích đạo. Nếu một nguyên liệu thô dạng lỏng có thể được tạo ra bằng quá trình quang hợp nhân tạo, nó sẽ dễ dàng vận chuyển hơn so với hydro. "Nếu bạn sản xuất nó ở Trung Đông hoặc Úc và vận chuyển nó đến Nhật Bản, bạn có lợi thế là có thể sử dụng cơ sở hạ tầng công nghiệp hiện có của mình mà không lãng phí."

    Quang hợp nhân tạo là một giải pháp thay thế hiệu quả cho nhiên liệu hóa thạch trước và sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970, nhưng sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ, nó đã đi xuống ở châu Âu và Hoa Kỳ. Sau đó, vào khoảng năm 2010, sự chú ý đã được lấy lại ở châu Âu và Hoa Kỳ, và "Thỏa thuận Paris kéo dài 15 năm, là một thỏa thuận quốc tế nhằm giảm khí nhà kính, đã thúc đẩy động lực thúc đẩy ngày càng kéo dài" (Nghiên cứu viên cao cấp Takeshi Morikawa của Phòng thí nghiệm R & D Trung tâm Toyota.). Vượt qua những thách thức như giảm chi phí vẫn cần thời gian và kinh phí để hỗ trợ R & D. Trọng tâm là liệu nó có thể được đưa vào sử dụng thực tế trong khi đón nhận luồng gió lớn của quá trình khử cacbon hay không.
    ■ Số lượng bằng sáng chế đang dẫn đầu Trung Quốc, dẫn đầu Nhật Bản, tình trạng giảm sút
    Vị thế của Nhật Bản ngày càng suy giảm do việc nghiên cứu và phát triển quá trình quang hợp nhân tạo. Theo một cuộc khảo sát do Viện nghiên cứu chiến lược Mitsui & Co., Ltd. thực hiện bằng cách sử dụng dữ liệu từ các trang web cấp bằng sáng chế của các dịch vụ thông tin của Đức, số lượng bằng sáng chế hợp lệ liên quan đến Nhật Bản (bao gồm cả bằng sáng chế đang chờ phê duyệt) ít hơn một nửa so với Trung Quốc tính đến tháng Giêng. Năm 2010. Trung Quốc cũng đã cải thiện chất lượng của các bằng sáng chế trong những năm gần đây. Nhật Bản được cho là đã dẫn đầu thế giới cho đến nay, nhưng tình hình vẫn chưa an toàn.
    Số bằng sáng chế còn hiệu lực ở Trung Quốc đã tăng lên 562 vào tháng 1, tăng gấp 10 lần trong 10 năm qua, vượt qua Nhật Bản vào năm 2016 và Hoa Kỳ vào năm 2018. Nhiều đơn xin cấp bằng sáng chế của Trung Quốc dành cho thị trường nội địa và nhiều đơn được cho là có giá trị thấp. Tuy nhiên, gần đây, ngày càng có nhiều bằng sáng chế quốc tế đáng chú ý, chẳng hạn như các phương pháp sản xuất nguyên liệu thô như hóa chất và thuốc trừ sâu từ CO2 và hydro. Ryusuke Ishiguro của Viện nghiên cứu chiến lược Mitsui & Co., Ltd. cho biết “Trong tương lai, chúng tôi sẽ nâng cao chất lượng và tăng số lượng ứng dụng quốc tế”.
    Trung Quốc đang có những bước phát triển vượt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản, được nhiều nước khác theo sau. Vào tháng 9 năm 2009, một viện nghiên cứu của Trung Quốc đã công bố kết quả tổng hợp nhân tạo tinh bột trên tạp chí Khoa học Hoa Kỳ. Nó được cho là khó bắt chước nhất trong quá trình quang hợp của thực vật, nhưng nó đã trở thành một thành viên của nhóm tiên tiến nhất thế giới bằng cách phân tích và tái tạo các phản ứng phức tạp một cách chi tiết.
    Số bằng sáng chế còn hiệu lực ở Nhật Bản cũng tăng 3,8 lần trong 10 năm lên 269, nhưng đà phát triển kém hơn so với Trung Quốc, và số bằng sáng chế đang cạnh tranh với Hoa Kỳ là 213. Mặc dù có những công ty như Fujifilm và Toyota Central R & D Labs tự hào là một trong những công ty có số lượng đơn đăng ký bằng sáng chế cao nhất trên thế giới, nhưng họ đã không thể chống lại cuộc tấn công vật lý ở Trung Quốc.
    Đối với Nhật Bản, nơi khan hiếm tài nguyên, quang hợp nhân tạo tạo ra tài nguyên là một công nghệ đáng mơ ước. Trên thực tế, Giáo sư Akira Fujishima của Đại học Khoa học Tokyo, người đã phát hiện ra "hiệu ứng Honda-Fujishima" trong đó chất xúc tác quang phân hủy nước thành oxy và hydro, và Jian-Ren Shen của Đại học Okayama, người đã làm sáng tỏ cấu trúc tinh thể của protein cần thiết cho nhiều nhà nghiên cứu, chẳng hạn như các giáo sư, đã công bố những thành tựu quan trọng được gọi là "ứng cử viên giải Nobel". Cũng có quan điểm cho rằng ngay cả khi nghiên cứu ở châu Âu và Hoa Kỳ giảm sút sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ, nghiên cứu vẫn tiếp tục ở Nhật Bản, tạo ra lợi thế về công nghệ sau đó.
    Đó là lý thuyết đã được khẳng định rằng sự tích lũy như vậy vẫn giữ được tính cạnh tranh cao, nhưng nếu nhìn nhận một cách khách quan về số lượng bằng sáng chế, đó dường như đã là câu chuyện của quá khứ. Người ta nói rằng số lượng các nước châu Âu như Đức nộp đơn xin cấp bằng sáng chế giá trị cao ngày càng tăng do xu hướng khử cacbon. Có nguy cơ vị thế của Nhật Bản sẽ suy giảm hơn nữa trong tương lai.
    Yuki Misumi và Yoshio Nagata sẽ phụ trách.

    Zalo
    Hotline