Chế tạo ra nguồn năng lượng giá cực rẻ thay thế xăng?

Lâu nay, con người chúng ta đang phụ thuộc và sử dụng quá nhiều vào các nguồn năng lượng hóa thạch, đặc biệt là dầu mỏ đến mức gần như cạn kiệt. Chính vì lẽ đó, các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu tìm tòi nhằm thay thế chúng bằng các nguồn năng lượng mới sạch hơn, an toàn, bền vững và tiết kiệm chi phí sản xuất hơn.

Nguyên liệu hydrogen chính là giải pháp được kì vọng rất nhiều. Tuy nhiên, trước đây, để sản xuất hydrogen, con người cần tới những kim loại quý hiếm như platinium và iridium. Vì vậy, giá thành tạo ra hydrogen là quá lớn.

Tin vui là gần đây, một cỗ máy điện phân giúp tách hydrogen ra từ nước, với chi phí cực thấp đã được sáng chế bởi các chuyên gia thuộc trường đại học Stanford. Nguyên liệu cấu thành thiết bị này gồm một niken, sắt và một cục pin 1,5V. 

Trước đó, vào năm 2014, Giáo sư Yi Cui cùng các đồng nghiệp ở Đại học Stanford bắt đầu phát triển thiết bị điện phân, tách hydrogen từ nước với một chất xúc tác bằng cách sử dụng công nghệ pin lithium-ion (pin “con thỏ”). 

“Nhóm chúng tôi đã đi tiên phong trong ý tưởng sử dụng công nghệ pin “con thỏ” để tìm kiếm chất xúc tác. Qua đó, chúng tôi đã phát triển một điện áp thấp và thiết bị điện phân tách hydrogen từ nước có thể hoạt động liên tục trong 200 giờ, đây là một hiệu suất kỷ lục rất lạc quan”, Giáo sư Yi Cui cho biết.

Thông thường, một thiết bị điện phân cơ bản phải có 2 điện cực được nhúng trong một dung dịch điện phân. Phản ứng xúc tác được kích hoạt tạo ra phản ứng điện phân. Khí hydro sẽ được giải phóng qua một điện cực, còn ôxy thì thoát ra từ điện cực còn lại. 

Trên mỗi điện cực được gắn bởi 2 kim loại khác nhau, chủ yếu là kim loại hiếm và đắt tiền như iridium và platinum. Ngoài ra, điều kiện cần cho phản ứng điện phân xảy ra là cần có 2 chất điện phân có độ pH khác nhau để duy trì sự ổn định và hoạt động của thiết bị điện phân.

Một điểm đặc biệt trên thiết bị điện phân của nhóm các nhà khoa học Đại học Stanford là chỉ sử dụng oxit sắt-niken làm chất xúc tác điện phân trên cả hai đầu điện cực. Oxit sắt-niken được cho là có giá thành rẻ hơn nhiều lần so với platinum và dễ sản xuất hơn. 

Ngoài ra, oxit sắt-niken có tính ổn định hơn so với những kim loại hiếm và nó chỉ cần nguồn điện khoảng 1,5V để duy trì hoạt động trong suốt 1 tuần (24/7). Thiết bị này cũng chỉ sử dụng cho một dung dịch duy nhất, với độ pH cũng duy nhất, nên nó không cần sử dụng thêm tấm màng chắn phân chia bể điện phân (thông thường 1 bên là axit, 1 bên là kiềm).

“Hiệu suất tách hydrogen từ nước đạt tới 82% trong điều kiện nhiệt độ phòng, đây là một kết quả chưa từng có”, Haotian Wang, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. 

Không chỉ vậy, các nhà khoa học còn tin rằng, việc sử dụng chất xúc tác này có thể giúp họ tách được những nhiên liệu hóa học khác ngoài hydro. Tuy công nghệ này đã được sử dụng trong nghiên cứu chế tạo pin trong nhiều năm, nhưng đây là một cách tiếp cận khác của một chất xúc tác mới.

“Chúng tôi tin rằng, kỹ thuật điều chỉnh điện hóa sẽ tiếp tục được ứng dụng để tìm ra những chất xúc tác mới trong sản xuất các nhiên liệu khác”, Giáo sư Yi Cui nhấn mạnh.

Được biết, nghiên cứu này là một phần trong Dự án Năng lượng và Khí hậu Toàn cầu (GCEP) của Đại học Stanford. Thành công này được xem như một bước đột phá mới trong công nghệ sản xuất nhiên liệu hydrogen giá rẻ, tạo nguồn năng lượng sạch cho giao thông và sản xuất công nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.