Bầu trời xanh với những đám mây trắng và các nguyên tố hóa học xếp chồng lên nhau. Tín dụng: Tiến sĩ Moritz Kuehnel. Các chuyên gia từ Swansea và Grenoble đã hợp lực để phát triển một phương pháp thực tế để sản xuất hydro xanh bằng cách sử dụng các chất xúc tác bền vững.
Các nhà nghiên cứu hiện hy vọng công việc của họ sẽ là một bước quan trọng hướng tới việc sản xuất hydro xanh đơn giản hơn, giá cả phải chăng hơn và có thể mở rộng hơn.
Tiến sĩ Moritz Kuehnel, giảng viên cao cấp tại khoa hóa học của Đại học Swansea, cho biết: "Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi sử dụng các enzyme tự nhiên—hydrogenase—để tạo ra hydro xanh bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời. Không giống như các chất xúc tác tổng hợp dựa trên kim loại quý như bạch kim, hydroase chỉ chứa đất- các nguyên tố dồi dào như sắt và niken. Tuy nhiên, những enzym này rất nhạy cảm và nhanh chóng bị vô hiệu hóa khi tiếp xúc với không khí, khiến việc sử dụng chúng trong thực tế gần như là không thể."
Nhóm nghiên cứu hiện đã phát triển các dung môi được thiết kế cho phép hydroase hoạt động trong không khí. Chỉ cần đặt chúng trong các dung môi này thay vì nước sẽ khiến chúng hoạt động mạnh hơn và ổn định hơn, do đó chúng có thể được sử dụng thực tế trong không khí để tạo ra hydro.
Tiến sĩ Christine Cavazza, nhà khoa học cao cấp tại CEA Grenoble, cho biết thêm: "Chúng tôi đã tích hợp các hạt nano tổng hợp với các enzym tự nhiên vào cái gọi là vật liệu lai, kết hợp những gì tốt nhất của cả hai thế giới để đạt được chức năng mới, vượt trội. Các hạt nano TiO2 rất tuyệt vời trong việc sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra điện tích và hydroase cực kỳ hiệu quả trong việc sử dụng các điện tích này để tạo ra hydro xanh.
"Do đó, việc kết hợp cả hai cho phép tạo ra hydro xanh hiệu quả từ ánh sáng mặt trời, điều mà không thành phần riêng biệt nào có khả năng."
Nghiên cứu đã kết hợp chuyên môn của Đại học Swansea về quang xúc tác, thiết kế dung môi và trọng tâm của nó là đưa ra các giải pháp thiết thực cho các vấn đề phức tạp và kết hợp điều này với kiến thức về chiết xuất các enzyme tự nhiên và sử dụng chúng để chuyển đổi năng lượng tái tạo tại Ủy ban Năng lượng Nguyên tử và Năng lượng Thay thế (CEA) và Đại học Grenoble Alpes (UGA).
Sự hợp tác này là kết quả của mối quan hệ đối tác chiến lược của Swansea với UGA. Phát hiện của các nhà nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie.
Tiến sĩ Alan Le Goff, nhà khoa học cấp cao tại CNRS Grenoble cho biết: "Công trình này là một ví dụ đầy cảm hứng về cách kết hợp chuyên môn của nhiều đối tác trong một sự hợp tác quốc tế có thể dẫn đến những tiến bộ đột phá trong nghiên cứu."
Hydro xanh là cần thiết để làm nhiên liệu cho quá trình khử cacbon trong giao thông vận tải—đặc biệt là HGV, hàng không đường dài và ngành hàng hải, nơi điện khí hóa chưa khả thi—cũng như ngành hóa chất, đặc biệt là sản xuất phân bón và cho ngành năng lượng.
Tuy nhiên, chi phí sản xuất hydro xanh hiện hạn chế việc sử dụng nó trên quy mô lớn, đó là lý do tại sao nghiên cứu này rất có ý nghĩa đối với tương lai.
Sử dụng các chất xúc tác bền vững như hydroase thay vì bạch kim đắt tiền có thể giảm chi phí của máy điện phân và pin nhiên liệu, làm cho hydro xanh rẻ hơn để sản xuất và sử dụng. Nó cũng làm giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu có thể bị gián đoạn bởi các yếu tố bên ngoài.
