‘Chén thánh’ trong sản xuất năng lượng sạch

Nhật Bản có thể đã tìm ra “chén thánh” trong công nghệ điện phân hydro. Trong một khám phá mang tính đột phá, các nhà khoa học tại Viện RIKEN đã phát triển thành công một chất thay thế hiệu quả và tiết kiệm cho các kim loại hiếm thường được sử dụng trong sản xuất hydro.

Bằng cách tái cấu trúc mạng tinh thể của oxit mangan, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một chất xúc tác có thể tạo ra lượng hydro nhiều hơn 1.000% so với các chất xúc tác hiện nay.

Hydro xanh từ lâu đã được xem là tương lai của ngành năng lượng sạch. Chúng được tạo ra thông qua quá trình sử dụng năng lượng tái tạo để điện phân nước. Trong đó, công nghệ điện phân sử dụng màng trao đổi proton (PEM) là một trong những phương pháp được ưa chuộng nhờ hiệu suất cao và khả năng thích ứng với nguồn điện không ổn định.

Tuy nhiên, nhược điểm lớn của công nghệ này là phụ thuộc vào kim loại hiếm và đắt đỏ như platin hoặc iridi. Điều đó khiến việc mở rộng quy mô sản xuất gặp trở ngại lớn về chi phí.

Giải pháp của nhóm RIKEN giúp khắc phục điểm yếu đó. Bằng cách điều chỉnh cấu trúc mạng tinh thể của oxit mangan, họ đã tăng cường liên kết giữa các nguyên tử oxy và bề mặt chất xúc tác, giúp vật liệu trở nên ổn định hơn và bền hơn trong môi trường axit.

Trong môi trường thí nghiệm, chất xúc tác này duy trì được mật độ dòng điện 200 mA/cm² trong hơn 1.000 giờ, tương đương hiệu suất thường chỉ đạt được với iridi, đồng thời tạo ra lượng hydro cao gấp 10 lần so với các vật liệu thông thường không dùng kim loại quý.

Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Catalysis cho thấy chất xúc tác mới từ oxit mangan còn giúp kéo dài tuổi thọ của các vật liệu giá rẻ khác lên gấp 40 lần. Điều này mở ra triển vọng thay thế hoàn toàn iridi, từ đó giảm chi phí sản xuất.

Mặc dù phát hiện này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, các nhà khoa học tin rằng với những cải tiến tiếp theo về cấu trúc mangan, hiệu suất sản xuất hydro xanh sẽ còn được nâng cao hơn nữa.

Nếu thành công, công nghệ của Nhật Bản có thể mở đường cho việc thương mại hóa quy mô lớn hydro xanh, góp phần thúc đẩy quá trình chuyển dịch năng lượng và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trên toàn cầu.

Theo Wonderful Engineering, CAfe F