Hydrogen rất cần thiết cho nền kinh tế hiện đại và việc mở rộng tiện ích của nó trong một xã hội bền vững hơn là ưu tiên chính trên toàn cầu.
Giờ đây, trong một nghiên cứu được công bố gần đây trên Science Advances, các nhà nghiên cứu từ Đại học Osaka đã đạt được tiến bộ thú vị trong việc loại bỏ nhiều nút thắt còn lại trong việc sử dụng hydro làm chất mang năng lượng.
>> Tham khảo: Các cấu trúc lai mới có thể mở đường cho các máy tính lượng tử ổn định hơn.
Là tiền chất hóa học của amoniac được sử dụng trong sản xuất phân bón, hydro đã giúp nuôi sống thế giới và trong tương lai, hydro có thể tiếp tục cứu mạng sống bằng cách sử dụng làm nhiên liệu.
Một trở ngại lớn đối với mục tiêu này là cách chúng ta hiện đang sản xuất hydro. Có nhiều phương pháp sản xuất hydro – chẳng hạn như bằng phản ứng hơi nước ở nhiệt độ cao với khí tự nhiên – nhưng những phương pháp này dẫn đến việc sản xuất hydro thô, chứa các khí gây ô nhiễm khó loại bỏ, làm giảm giá trị của hydro thu được.
Đối với việc sử dụng hydro cho mục đích thương mại, tất cả các chất gây ô nhiễm phải được loại bỏ nghiêm ngặt bằng các quy trình nhiều bước, sử dụng nhiều năng lượng được tối ưu hóa độc lập cho từng chất gây ô nhiễm, gây khó khăn cho việc chiết xuất hydro từ hỗn hợp thô chứa các sản phẩm phụ.
>> Tham khảo: Một thử nghiệm nhanh hơn để tìm và nghiên cứu các cấu trúc liên kết vật liệu.
Khó khăn trong việc chiết xuất hydro từ các loại khí gây ô nhiễm phổ biến đã hạn chế việc sử dụng các chất mang hydro hữu cơ lỏng, công nghệ tiên tiến nhất để lưu trữ hydro.
Trong các hệ thống này, nhiều nhà nghiên cứu đã phải vật lộn trong nhiều thập kỷ để vượt qua thách thức khiến các chất mang hấp thụ – tức là lưu trữ – hydro khi có khí gây ô nhiễm.
Ví dụ: “Ngay cả một lượng nhỏ carbon monoxide cũng có thể cản trở sự hấp thụ hydro”, Yoichi Hoshimoto, tác giả tương ứng cho biết. “Vì vậy, các phương pháp thanh lọc tốn kém để cô lập hydro trước khi lưu trữ là cần thiết.”
>> Tham khảo: Nông dân ở Trung Quốc, Uganda chuyển sang trồng lúa lâu năm năng suất cao, tiết kiệm chi phí.
Để vượt qua những thách thức này, Hoshimoto và nhóm của ông đã tổng hợp boran triaryl ổn định trong thời hạn sử dụng, hấp thụ hydro ngay cả khi có các loại khí gây ô nhiễm thông thường, đạt được kết quả đột phá sau: lưu trữ hydro (với hiệu suất lên tới >99%) và các sản phẩm tiếp theo giải phóng hydro ở độ tinh khiết lên tới 99,9%.
Hoshimoto giải thích: “Giá trị công nghiệp của hydro phân tử từ lâu đã bị ảnh hưởng bởi một lượng đáng kể carbon monoxide và các chất gây ô nhiễm khác.
“Tuy nhiên, trong phương pháp hydro hóa xúc tác mà chúng tôi đã phát triển, thậm chí lượng chất gây ô nhiễm vượt quá gấp 5 lần cũng không phải là vấn đề, và sự hấp thu và giải phóng hydro đều đạt được mà không cần sử dụng bất kỳ dung môi nào.”
Công trình này đã thành công trong việc chứng minh khái niệm cho một phương pháp sản xuất hydro mới giúp loại bỏ nhu cầu về các giai đoạn tinh chế riêng biệt trước khi lưu trữ, và do đó nó chứng minh tiềm năng tăng tính bền vững về kinh tế của hydro với tư cách là chất mang năng lượng.
>> Tham khảo: Một phức hợp protein từ tế bào gốc thực vật điều chỉnh sự phân chia và phản ứng của chúng với căng thẳng.
Những tiến bộ trong tương lai trong việc tăng cường tính bền vững về môi trường của quá trình sản xuất hydro – chẳng hạn như thu được nó từ nước – sẽ tiếp tục giúp mang lại một nền kinh tế dựa trên hydro bền vững.
