Sản xuất formate và hydro thân thiện với môi trường từ chất thải glycerol
Một kỹ thuật điện phân được phát triển tại JGU có thể đóng góp quan trọng vào việc điện khí hóa ngành công nghiệp hóa chất
Đại học Johannes Gutenberg Mainz
Ảnh:
Giáo sư Tiến sĩ Carsten Streb (trái) và Tiến sĩ Soressa Abera Chala thuộc Khoa Hóa học tại JGU, những người đã phát triển kỹ thuật điện phân mới để thu được formate và hydro từ glycerol
Tín dụng: ảnh/©: Tobias Rios-Studer
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johannes Gutenberg Mainz (JGU) đã phát triển một phương pháp cho phép thu được các nguyên liệu thô quý giá là formate và hydro từ chất thải glycerol. Formate là muối của axit formic và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất, trong khi hydro có thể được sử dụng, ví dụ, làm chất mang năng lượng để cung cấp năng lượng cho xe cộ. Phương pháp mới này có thể được vận hành bằng điện năng bền vững và không tạo ra CO2. Kết quả nghiên cứu gần đây đã được nhóm nghiên cứu công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials. Giáo sư Carsten Streb thuộc Khoa Hóa học của Đại học JGU, người hướng dẫn nghiên cứu, chỉ ra: "Phương pháp mà chúng tôi đã đề xuất có thể đóng góp đáng kể vào việc điện khí hóa ngành công nghiệp hóa chất. Đây là động lực chính cho các dự án phát triển thương mại quy mô lớn nhằm giảm lượng khí thải CO2 công nghiệp. Các quy trình hiện đang cần một lượng lớn dầu mỏ hoặc khí đốt tự nhiên có thể được vận hành bằng điện năng bền vững trong tương lai."
Sản xuất formate trung hòa CO2
Quy trình mới dựa trên phương pháp điện phân nước đã được thiết lập. Phương pháp này sử dụng điện để tách nước thành hydro và oxy. Bằng cách sử dụng phương pháp điện phân lai, các nhà nghiên cứu đã sử dụng glycerol ngoài nước làm nguyên liệu; glycerol được tạo ra với số lượng lớn như một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất biodiesel. Sản phẩm thứ hai được tạo ra trong quá trình điện phân do đó là formate tương ứng chứ không phải oxy. Formate thường được sản xuất từ dầu mỏ, nhưng quy trình tương ứng lại liên quan đến việc phát thải một lượng lớn CO2. Streb nói thêm: "Mặt khác, việc tạo ra formate từ glycerol bằng phương pháp điện hóa là trung hòa CO2 nếu được thực hiện bằng điện năng xanh." Về mặt hóa học, điều mà các nhà nghiên cứu đã đạt được thông qua quá trình điện phân glycerol là phân hủy glycerol, có cấu trúc xương sống gồm ba nguyên tử carbon, để tạo ra formate chỉ chứa một nguyên tử carbon.
Chất xúc tác mới được phát triển
Quá trình mới dựa trên một chất xúc tác cải tiến được các nhà nghiên cứu phát triển. Ở cấp độ phân tử, chất xúc tác kết hợp hai kim loại đồng và palladium ở vị trí gần nhau. Streb tiết lộ: "Chúng tôi không chỉ tạo ra được chất xúc tác này mà còn đã có ý tưởng rất rõ ràng về chức năng của vật liệu và cách tối ưu hóa hoạt động của nó." Những hiểu biết về lý thuyết và thực nghiệm về vấn đề này đã được cung cấp bởi một nhóm hợp tác tại Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Đài Loan.
Tiếp theo, nhóm do Streb đứng đầu dự định nghiên cứu xem liệu có thể thay thế kim loại quý đắt tiền palladium trong chất xúc tác bằng các kim loại dồi dào trong tự nhiên hay không. Nhóm nghiên cứu cũng hướng đến việc phát triển một phương pháp mới để chuyển đổi format thành methanol – nhu cầu về methanol lớn hơn đáng kể so với format. Điều này có thể thực hiện được bằng cách đưa vào quy trình điện phân khử thứ hai.
Những phát triển trong Lĩnh vực Nghiên cứu cấp cao SusInnoScience
Nghiên cứu được thực hiện tại JGU nằm trong khuôn khổ Lĩnh vực Nghiên cứu cấp cao SusInnoScience (Hóa học bền vững là chìa khóa cho sự đổi mới trong khoa học tiết kiệm tài nguyên trong kỷ nguyên Anthropocene), mục đích là phát triển các quy trình sản xuất hóa học và công nghệ sinh học bền vững. Lĩnh vực Nghiên cứu cấp cao này tại JGU được tài trợ thông qua Sáng kiến Nghiên cứu của Bang Rhineland-Palatinate. Công trình nghiên cứu tương ứng cũng là một phần của chương trình Quy trình và Vật liệu Bền vững của các trường đại học Rhine-Main (JGU, Đại học Goethe Frankfurt am Main và Đại học Kỹ thuật Darmstadt). Điều đáng chú ý là năm trong số các nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tham gia được tài trợ bởi Quỹ Alexander von Humboldt. "Đây là một dự án quốc tế được hưởng lợi đáng kể từ việc chúng tôi có thể tuyển dụng nhân tài quốc tế thông qua Quỹ Humboldt," ông Streb kết luận.
