Công nghệ mới tách Hydro từ nước để thay thế năng lượng hóa thạch

Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu sạch trong các tế bào nhiên liệu, sản sinh ra năng lượng nhiệt và nước là sản phẩm phụ duy nhất. Là một nhiên liệu không phát thải, hydro có thể kết hợp lại với oxy để tạo ra điện năng, chẳng hạn như trên một chiếc xe pin nhiên liệu.

Nhóm nghiên cứu Livermore và các cộng tác viên của Đại học Rice và Đại học San Diego đã chuyển sang sử dụng điện để tạo ra nhiên liệu hyđrô sạch bằng cách phân chia các phân tử nước. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra một loại chất xúc tác rẻ tiền và hiệu quả mới để tạo thuận lợi cho quá trình điện phân tách nước. Nghiên cứu này đã được công bố trong một bài báo trên ấn bản ngày 31 tháng 7 của tạp chí Nature Energy.

Lawrence Livermore, tác giả chính nói: “Hydrogen có tiềm năng to lớn như một nguồn nhiên liệu bền vững, vì nó không tạo ra lượng khí thải carbon. Nó có thể được sản xuất từ ​​nhiều nguồn, nhưng tối ưu nhất là làm từ nước”. Wood cũng là một nhà nghiên cứu chính tại Phòng Năng lượng Hiệu quả và Năng lượng tái tạo (EERE) HydroGEN, một đơn vị tập trung vào sản xuất Hydro từ nước.

Chiết xuất hydro từ nước sử dụng điện là một quá trình khá đơn giản, nhưng nó lại không hiệu quả và thường mất rất nhiều năng lượng. Hiệu quả có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các chất xúc tác, thường được làm bằng kim loại quý đắt tiền như bạch kim. Nhóm Lawrence Livermore đã tìm ra một cách rẻ hơn để phân chia các phân tử nước một cách hiệu quả hơn.

Để giải quyết vấn đề, các tác giả đã chuyển sang một nhóm các chất xúc tác dựa trên các dichlorogenides chuyển tiếp kim loại (MX2) nâng cao hiệu quả và giảm giá thành điện phân tách nước. Vấn đề với các vật liệu MX2 hiện đang được sử dụng (dựa trên molybden và vonfram) là chỉ có các cạnh tiếp xúc của chất xúc tác hoạt động. Thay vào đó, nhóm tác giả đã sử dụng các phép tính cơ học lượng tử để tiết lộ các yếu tố điện tử cơ bản, làm cho toàn bộ bề mặt của các vật liệu MX2 tham gia vào quá trình hoạt hóa xúc tác làm cho chất xúc tác tách nước tốt hơn.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Rice đã thử nghiệm các tính toán bằng cách tổng hợp và thử nghiệm hai trong số các vật liệu đề xuất, sulfua tantali và disulfide niobi. Ngoài việc khẳng định rằng các bề mặt của vật liệu hoạt động theo hướng tách nước, họ phát hiện ra rằng các vật liệu này có một khả năng khác tối ưu hóa hình dạng của chúng khi chúng tạo ra hydro. Điều này cho phép các vật liệu có thể đạt được hiệu suất xúc tác tốt hơn trong quá trình điện phân.

Wood cho biết: “Hành vi tự tối ưu hóa và hoạt động bề mặt có nghĩa là hiệu xuất tách nước cao có thể đạt được chỉ với việc nạp chất xúc tác tối thiểu. Nghiên cứu của chúng tôi mở ra cánh cửa để sử dụng loại chất xúc tác này, tiến tới việc tổng hợp Hydro với giá rẻ phục vụ cho các nhu cầu năng lượng trong tương lai.