Sản xuất hydrogen và carbon nanotube từ methane bằng lò phản ứng nhiều lần với tái sử dụng khí
January 1 2026
Một nhóm nhà khoa học đã phát triển một lò phản ứng hóa học lắng đọng hơi (FCCVD) đặc biệt có khả năng chuyển methane (khí tự nhiên) thành hydrogen và carbon nanotube (CNT) dạng khí gel trong cùng một bước, mở ra cơ hội tạo ra hydrogen thấp carbon đồng thời sản xuất vật liệu carbon có giá trị cao. Phương pháp này được báo cáo trên tạp chí Nature Energy vào đầu tháng 12 năm 2025.
Truyền thống việc sản xuất carbon nanotube bằng FCCVD thường tiêu thụ hydrogen như khí pha loãng để hạn chế phản ứng phụ không mong muốn. Trong nghiên cứu mới, các tác giả sử dụng một lò phản ứng đa vòng (multi-pass) cho phép tái sử dụng phần lớn khí phản ứng bên trong hệ thống, nhờ đó loại bỏ hoàn toàn nhu cầu bổ sung hydrogen đầu vào. Kết quả là quá trình này tạo ra hydrogen với độ tinh khiết cao (khoảng 85% theo thể tích) cùng CNT dạng khí gel như sản phẩm chính.
Cơ chế chính là phản ứng pyrolysis methane, trong đó methane được phân hủy ở nhiệt độ cao (~1300°C) thành hydrogen và cacbon rắn theo tỉ lệ:
CH₄(g) → C(s) + 2H₂(g)
Phản ứng này có lợi thế là không tạo CO₂ trực tiếp, và nếu sử dụng biogas hoặc methane sinh học, quy trình có thể thu giữ carbon từ khí quyển, do đó tiềm năng âm khí carbon là khả thi.
Lò phản ứng đa vòng giữ ~99% khí trong hệ thống, chỉ thêm một lượng nhỏ methane và chất xúc tác mới mỗi vòng, từ đó giảm thiểu tổn thất khí không phản ứng và tối ưu hóa năng suất hydrogen lẫn sản lượng CNT. So với thiết kế một vòng đơn, thiết kế đa vòng cho thấy hiệu quả molar cải thiện hàng trăm lần, giảm lượng khí thải và chất thải. Trong các thử nghiệm, hydrogen thu được chiếm khoảng 84,7% ở cửa ra, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng công nghiệp trong sản xuất hydrogen bền vững khi kết hợp với sản xuất vật liệu CNT hữu ích.
Carbon nanotube tạo ra trong quá trình này là dạng aerogel có tính chất cơ học và dẫn điện cao, mở ra cơ hội ứng dụng trong vật liệu composit, pin và các sản phẩm công nghệ cao. Việc kết hợp sản xuất hydrogen cùng vật liệu CNT giúp tăng hiệu quả kinh tế và giảm chi phí tổng thể của quy trình, so với sản xuất riêng rẽ từng sản phẩm.
Tóm lại, nghiên cứu này đề xuất một phương pháp mới để sản xuất hydrogen “turquoise” (hydrogen thấp carbon) cùng với vật liệu CNT có giá trị, đồng thời giảm khí nhà kính và gia tăng tính bền vững cho ngành công nghiệp hydrogen.
