Chất xúc tác mới sử dụng một nguyên tử bạch kim có thể đơn giản hóa việc lưu trữ hydro cho các nguồn năng lượng tái tạo. Chất xúc tác do các nhà khoa học tại Đại học Thành phố Hồng Kông (CityU) phát triển và được các đồng nghiệp tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn thử nghiệm, có thể được sử dụng với chi phí rẻ và trên quy mô lớn.
Chất xúc tác mới sử dụng một nguyên tử bạch kim duy nhất do Đại học Thành phố Hồng Kông phát triển và Đại học Hoàng gia Luân Đôn thử nghiệm, hứa hẹn sẽ giúp việc lưu trữ hydro bằng năng lượng tái tạo trở nên dễ dàng và tiết kiệm hơn. Sự đổi mới này phân tán các nguyên tử bạch kim trên molypden sulfua, làm giảm lượng bạch kim được sử dụng và cải thiện hiệu suất điện phân.
Đồng tác giả, Giáo sư Anthony Kucernak từ Khoa Hóa học tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn cho biết: "Chiến lược Hydro của Vương quốc Anh đặt ra mục tiêu đầy tham vọng là 10GW công suất sản xuất hydro carbon thấp vào năm 2030. Để đạt được điều này, chúng tôi cần tăng cường sản xuất kho lưu trữ hydro rẻ tiền, dễ sản xuất và hiệu quả. Các chất xúc tác điện mới có thể đóng góp đáng kể vào mục tiêu này, cuối cùng giúp Vương quốc Anh đạt được mục tiêu của mình là lượng khí thải ròng bằng 0 vào năm 2050. "
Việc sản xuất năng lượng tái tạo như gió và mặt trời đang phát triển nhanh chóng. Tuy nhiên, một phần năng lượng sản xuất ra cần được lưu trữ để sử dụng khi điều kiện thời tiết không thuận lợi cho năng lượng gió và mặt trời. Một phương pháp đầy hứa hẹn là lưu trữ năng lượng dưới dạng hydro, chất này có thể được lưu trữ và vận chuyển để sử dụng sau này.
Để làm điều này, năng lượng tái tạo được sử dụng để phân tách các phân tử nước thành hydro và oxy, với năng lượng được lưu trữ trong các nguyên tử hydro. Điều này đòi hỏi phải sử dụng chất xúc tác bạch kim để kích thích phản ứng phân tách các phân tử nước hay còn gọi là điện phân. Tuy nhiên, mặc dù bạch kim là chất xúc tác tuyệt vời cho phản ứng này nhưng nó vừa đắt vừa hiếm, vì vậy việc giảm thiểu việc sử dụng nó là rất quan trọng để giảm chi phí hệ thống và hạn chế chiết xuất bạch kim.
Giờ đây, trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và thử nghiệm chất xúc tác sử dụng ít bạch kim nhất có thể, tạo ra nền tảng tách nước hiệu quả nhưng tiết kiệm chi phí.
Trưởng nhóm nghiên cứu, giáo sư Zhang Hua từ Đại học Thành phố Hồng Kông cho biết: "Hydro được tạo ra bằng quá trình tách nước bằng điện xúc tác được coi là một trong những nguồn năng lượng sạch hứa hẹn nhất để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong tương lai gần, có thể làm giảm ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính."
Test Công cụ
Sự đổi mới của nhóm liên quan đến việc phân tán bạch kim nguyên tử đơn trong mảnh molypden sulfua (MoS2). Điều này sử dụng ít bạch kim hơn nhiều so với các chất xúc tác hiện có và thậm chí còn cải thiện hiệu suất vì bạch kim tương tác với molypden, khiến phản ứng hiệu quả hơn.
Việc phát triển các chất xúc tác mỏng trên tấm nano hỗ trợ đã giúp nhóm CityU tạo ra các vật liệu có độ tinh khiết cao. Phòng thí nghiệm của giáo sư Kuchenak tại Imperial sau đó mô tả các vật liệu và phát triển các phương pháp cũng như mô hình để xác định cách thức hoạt động của chất xúc tác.
Nhóm Imperial có công cụ để thực hiện thử nghiệm nghiêm ngặt vì họ đã phát triển một số kỹ thuật đặc biệt để làm việc với chất xúc tác này. Giáo sư Kuchenak và các đồng nghiệp của ông đã thành lập một số công ty dựa trên những công nghệ này, bao gồm RFCPower, công ty chuyên về pin dòng hydro.
Sử dụng Hydro
Khi năng lượng tái tạo được lưu trữ dưới dạng hydro, để sử dụng lại làm điện, cần phải chuyển đổi bằng pin nhiên liệu, tạo ra hơi nước như một sản phẩm phụ trong phản ứng phân tách oxy. Gần đây, Giáo sư Kuchenak và các đồng nghiệp đã phát hiện ra chất xúc tác đơn nguyên tử cho phản ứng này dựa trên sắt chứ không phải bạch kim, điều này cũng sẽ làm giảm giá thành của công nghệ.
Một công ty phụ khác do Giáo sư Kuchenak lãnh đạo, Bramble Energy, sẽ thử nghiệm công nghệ này trong pin nhiên liệu của mình. Vì vậy, cả hai chất xúc tác nguyên tử đơn - một chất giúp chuyển đổi năng lượng tái tạo thành hydro để lưu trữ và chất xúc tác khác giúp giải phóng năng lượng đó sau này dưới dạng điện - đều có khả năng đưa nền kinh tế hydro đến gần hơn với thực tế.