Phát hiện chất xúc tác mới, thúc đẩy sản xuất nhiên liệu hydro

Phát hiện này là một sự phát triển đột phá trong nỗ lực của thế giới nhằm vận dụng cách thực vật tạo ra nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời, một bước tiến quan trọng để xây dựng nền kinh tế năng lượng xanh. Phát hiện này được công bố tuần trước, tại Nature Materials bới nhà lý luận Jens Norskov tới từ SLAC (National Accelerator Laboratory , US), một phòng thí nghiệm quốc gia trực thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, và trường Đại học Stanford, cùng với một nhóm cộng sự dẫn đầu là Ib Chorkendorff và Soren Dahl tới từ Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU).

Hydro là một loại nhiên liệu sạch mà hiện nay hầu hết được sản xuất từ khí thiên nhiên, do đó sinh ra rất nhiều CO2. Một phương pháp mới, sạch hơn là sản xuất nhiên liệu hydro từ ánh sáng mặt trời và nước. Quá trình này gọi là quang-điện hóa, hay PEC, để phân tách phân tử nước. Khi ánh sáng mặt trời tác động vào các tấm pin PEC, năng lượng mặt trời được hấp thụ và sử dụng để phân tách phân tử nước thành là hydro và oxy.

Quá trình này trước đây bị hạn chế một phần bởi thiếu chất xúc tác rẻ để đẩy nhanh tốc độ tạo ra hydro và oxy. Một phần quan trọng trong những nỗ lực hợp tác giữa Mỹ và Đan mạch là kết hợp lý luận và tính toán hiện đại với quá trình tổng hợp và thử nghiệm để thúc đẩy quá trình tìm ra chất xúc tác mới.

Các nhà khoa học tại DTU đã tạo ra một thiết bị thu năng lượng từ quang phổ mặt trời và sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho quá trình biến đổi các ion hydro đơn thành khí hydro. Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi một chất xúc tác để thúc đẩy phản ứng.

Platin đã được biết tới là một chất xúc tác hiệu quả, nhưng Platin rất hiếm và đắt nên khó có thể sử dụng rộng tãi. Vì thế các nhà khoa học quay lại tìm kiếm các chất trong tự nhiên.

Họ đã nghiên cứu các sinh vật có thể sản sinh hydro nhờ enzim tự nhiên, sử dụng phương pháp tiếp cận mang tính lý luận. Nhóm nghiên cứu của Norskov đã mô tả phát hiện của mình: “Chúng tôi đã tính toán và tìm ra tại sao những enzim này có thể hoạt động như vậy.” Những nghiên cứu này dẫn họ tới các hợp chất liên quan mà cuối cùng họ tìm ra chất Molipden sunfua. Ông Chorkendorff cho biết “Molipden là một giải pháp không tốn kém để đẩy nhanh tốc độ của quá trình sản xuất hydro.”

Các nhà khoa học này cũng tối ưu hóa các bộ phận của thiết bị và cho ra đời “pin mặt trời hóa học” thiết kế để hấp thụ năng lượng mặt trời nhiều nhất có thể. Nhóm nghiên cứu thực nghiệm tại DTU đã thiết kế bộ phận hấp thụ ánh sáng bao gồm các tấm silicon sắp xếp gần nhau gắn vào các trụ đỡ và điểm trên các trụ đỡ những đốm nhỏ Molipden sunfua. Khi họ để các trụ đỡ ra ngoài ánh sáng, khí hydro được tạo ra nhanh như thể họ đang sử dụng chất xúc tác Platin đắt tiền.

Kim Anh (theo solardaily.com)