Rung động tốt tăng áp sản xuất hydro xanh
Các kỹ sư ở Melbourne đã sử dụng sóng âm thanh để tăng sản lượng hydro xanh lên 14 lần, thông qua quá trình điện phân để tách nước.
Họ nói rằng phát minh của họ mang đến một cách đầy hứa hẹn để khai thác nguồn cung cấp nhiên liệu hydro giá rẻ dồi dào cho giao thông vận tải và các lĩnh vực khác, có thể giảm triệt để lượng khí thải carbon và giúp chống biến đổi khí hậu.
Bằng cách sử dụng rung động tần số cao để “phân chia và chinh phục” các phân tử nước riêng lẻ trong quá trình điện phân, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc phân tách các phân tử nước để giải phóng lượng hydro nhiều hơn 14 lần so với các kỹ thuật điện phân tiêu chuẩn.
Quá trình điện phân liên quan đến việc dòng điện chạy qua nước với hai điện cực để phân tách các phân tử nước thành khí oxy và hydro, xuất hiện dưới dạng bong bóng. Quá trình này tạo ra hydro xanh, chỉ chiếm một phần nhỏ sản xuất hydro trên toàn cầu do yêu cầu năng lượng cao.
Hầu hết hydro được sản xuất từ việc phân tách khí tự nhiên, được gọi là hydro xanh, thải khí nhà kính vào khí quyển.
Phát minh của nhóm cung cấp một cách đầy hứa hẹn để khai thác nguồn cung cấp nhiên liệu hydro giá rẻ dồi dào cho giao thông vận tải và các lĩnh vực khác, có thể giảm triệt để lượng khí thải carbon và giúp chống biến đổi khí hậu. Tín dụng: Chứng khoán Adobe
Phó giáo sư Amgad Rezk từ Đại học RMIT, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết sự đổi mới của nhóm đã giải quyết những thách thức lớn đối với việc sản xuất hydro xanh.
Rezk từ Trường Kỹ thuật RMIT cho biết: “Một trong những thách thức chính của điện phân là chi phí cao của vật liệu điện cực được sử dụng, chẳng hạn như bạch kim hoặc iridi.
“Với sóng âm giúp việc chiết xuất hydro từ nước trở nên dễ dàng hơn nhiều, nó giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng chất điện phân ăn mòn và các điện cực đắt tiền như bạch kim hoặc iridi.
“Vì nước không phải là chất điện phân ăn mòn nên chúng ta có thể sử dụng vật liệu điện cực rẻ hơn nhiều như bạc chẳng hạn.”
Rezk cho biết khả năng sử dụng vật liệu điện cực giá rẻ và tránh sử dụng chất điện phân có tính ăn mòn cao là những yếu tố thay đổi cuộc chơi để giảm chi phí sản xuất hydro xanh.
Nghiên cứu được xuất bản trong Advanced Energy Materials. Một ứng dụng bằng sáng chế tạm thời của Úc đã được nộp để bảo vệ công nghệ mới.
Tác giả đầu tiên Yemima Ehrnst cho biết sóng âm thanh cũng ngăn chặn sự tích tụ bong bóng hydro và oxy trên các điện cực, giúp cải thiện đáng kể độ dẫn điện và độ ổn định của nó.
Ehrnst, nhà nghiên cứu tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật của RMIT cho biết: “Vật liệu điện cực được sử dụng trong quá trình điện phân bị tích tụ khí hydro và oxy, tạo thành một lớp khí làm giảm thiểu hoạt động của các điện cực và làm giảm đáng kể hiệu suất của nó.
Là một phần trong thí nghiệm của họ, nhóm đã đo lượng hydro được tạo ra thông qua quá trình điện phân có và không có sóng âm thanh từ đầu ra điện.
“Sản lượng điện của quá trình điện phân bằng sóng âm lớn hơn khoảng 14 lần so với quá trình điện phân không có sóng âm đối với một điện áp đầu vào nhất định. Điều này tương đương với lượng hydro được tạo ra,” Ehrnst nói.
Nhà nghiên cứu tiến sĩ Yemima Ehrnst đang cầm thiết bị âm thanh mà nhóm nghiên cứu đã sử dụng để tăng cường sản xuất hydro, thông qua quá trình điện phân để tách nước. Tín dụng: Đại học RMIT
Các ứng dụng tiềm năng của công việc nhóm
Giáo sư nổi tiếng Leslie Yeo, một trong những nhà nghiên cứu cấp cao hàng đầu, cho biết bước đột phá của nhóm đã mở ra cơ hội sử dụng nền tảng âm học mới này cho các ứng dụng khác, đặc biệt là khi bong bóng tích tụ trên các điện cực là một thách thức.
Yeo từ Trường Kỹ thuật của RMIT cho biết: “Khả năng ngăn chặn sự tích tụ bong bóng trên các điện cực và nhanh chóng loại bỏ chúng thông qua các rung động tần số cao của chúng tôi thể hiện một bước tiến lớn đối với độ dẫn điện và độ ổn định của điện cực”.
“Với phương pháp của chúng tôi, chúng tôi có khả năng cải thiện hiệu quả chuyển đổi dẫn đến tiết kiệm năng lượng ròng tích cực là 27%.”
Bước tiếp theo
Mặc dù sự đổi mới đầy hứa hẹn, nhóm cần phải vượt qua những thách thức bằng cách tích hợp sự đổi mới sóng âm với các máy điện phân hiện có để mở rộng quy mô công việc.
Yeo cho biết: “Chúng tôi rất muốn hợp tác với các đối tác trong ngành để thúc đẩy và bổ sung cho công nghệ máy điện phân hiện có của họ cũng như tích hợp vào các quy trình và hệ thống hiện có.
"Sự thất vọng của nước do âm thanh gây ra đối với phản ứng tiến hóa hydro tăng cường trong chất điện phân trung tính" đã được xuất bản trên Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202203164).
Các đồng tác giả là Yemima Ehrnst, Amgad Rezk và Leslie Yeo từ RMIT và Peter Sherrell từ Đại học Melbourne.
