Khánh Vân
Writer
Các nhà khoa học Nhật Bản vừa công bố một khám phá đột phá, được ví như "chén thánh" trong ngành năng lượng sạch: một chất xúc tác mới từ oxit mangan có thể sản xuất hydro hiệu quả hơn 1.000% so với các vật liệu thông thường. Phát hiện này hứa hẹn sẽ phá vỡ rào cản chi phí, mở đường cho việc sản xuất hydro xanh trên quy mô lớn.
Hydro xanh, được tạo ra từ quá trình điện phân nước bằng năng lượng tái tạo, từ lâu đã được xem là tương lai của ngành năng lượng sạch toàn cầu. Trong số các phương pháp sản xuất, công nghệ điện phân PEM (sử dụng màng trao đổi proton) được ưa chuộng nhất nhờ hiệu suất cao và khả năng thích ứng tốt với các nguồn điện không ổn định như năng lượng mặt trời hay gió.
Tuy nhiên, một nhược điểm chí mạng của công nghệ này là sự phụ thuộc vào các chất xúc tác làm từ kim loại quý hiếm và cực kỳ đắt đỏ như platin hoặc iridi. Rào cản về chi phí này đã khiến việc mở rộng quy mô sản xuất hydro xanh trên toàn cầu gặp rất nhiều trở ngại.
Để giải quyết bài toán trên, các nhà khoa học tại Viện RIKEN danh tiếng của Nhật Bản đã phát triển thành công một giải pháp thay thế hiệu quả và tiết kiệm. Bằng cách tái cấu trúc mạng tinh thể của oxit mangan – một vật liệu phổ biến và rẻ tiền – họ đã tạo ra một loại chất xúc tác mới với những đặc tính vượt trội.
Phương pháp này giúp tăng cường liên kết giữa các nguyên tử oxy và bề mặt chất xúc tác, làm cho vật liệu trở nên ổn định và bền bỉ hơn rất nhiều khi hoạt động trong môi trường axit khắc nghiệt của quá trình điện phân PEM.
Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã cho thấy những con số đầy hứa hẹn. Chất xúc tác mới từ oxit mangan có thể duy trì mật độ dòng điện 200 mA/cm² trong hơn 1.000 giờ liên tục, một hiệu suất mà trước đây thường chỉ đạt được với chất xúc tác iridi đắt đỏ.
Quan trọng hơn, nó tạo ra lượng hydro cao gấp 10 lần (tương đương 1.000%) so với các vật liệu thông thường không dùng kim loại quý. Một nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học uy tín Nature Catalysis còn chỉ ra rằng chất xúc tác mới này giúp kéo dài tuổi thọ của các vật liệu giá rẻ khác được sử dụng trong hệ thống lên tới 40 lần. Điều này mở ra một triển vọng rất thực tế về việc có thể thay thế hoàn toàn iridi trong tương lai.
Mặc dù phát hiện này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, các nhà khoa học Nhật Bản 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 trong việc thương mại hóa, công nghệ đột phá này có thể giảm mạnh chi phí sản xuất, mở đường cho việc ứng dụng hydro xanh trên quy mô toàn cầu. Đây không chỉ là một bước tiến lớn trong quá trình chuyển dịch năng lượng và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, mà còn có thể giúp Nhật Bản đi trước thế giới trong một trong những lĩnh vực công nghệ quan trọng nhất của tương lai.
Bài toán chi phí của năng lượng hydro xanh
Hydro xanh, được tạo ra từ quá trình điện phân nước bằng năng lượng tái tạo, từ lâu đã được xem là tương lai của ngành năng lượng sạch toàn cầu. Trong số các phương pháp sản xuất, công nghệ điện phân PEM (sử dụng màng trao đổi proton) được ưa chuộng nhất nhờ hiệu suất cao và khả năng thích ứng tốt với các nguồn điện không ổn định như năng lượng mặt trời hay gió.
Tuy nhiên, một nhược điểm chí mạng của công nghệ này là sự phụ thuộc vào các chất xúc tác làm từ kim loại quý hiếm và cực kỳ đắt đỏ như platin hoặc iridi. Rào cản về chi phí này đã khiến việc mở rộng quy mô sản xuất hydro xanh trên toàn cầu gặp rất nhiều trở ngại.
Lời giải từ oxit mangan và mạng tinh thể được tái cấu trúc
Để giải quyết bài toán trên, các nhà khoa học tại Viện RIKEN danh tiếng của Nhật Bản đã phát triển thành công một giải pháp thay thế hiệu quả và tiết kiệm. Bằng cách tái cấu trúc mạng tinh thể của oxit mangan – một vật liệu phổ biến và rẻ tiền – họ đã tạo ra một loại chất xúc tác mới với những đặc tính vượt trội.
Phương pháp này giúp tăng cường liên kết giữa các nguyên tử oxy và bề mặt chất xúc tác, làm cho vật liệu trở nên ổn định và bền bỉ hơn rất nhiều khi hoạt động trong môi trường axit khắc nghiệt của quá trình điện phân PEM.
Hiệu suất vượt trội được chứng minh trong phòng thí nghiệm
Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã cho thấy những con số đầy hứa hẹn. Chất xúc tác mới từ oxit mangan có thể duy trì mật độ dòng điện 200 mA/cm² trong hơn 1.000 giờ liên tục, một hiệu suất mà trước đây thường chỉ đạt được với chất xúc tác iridi đắt đỏ.
Quan trọng hơn, nó tạo ra lượng hydro cao gấp 10 lần (tương đương 1.000%) so với các vật liệu thông thường không dùng kim loại quý. Một nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học uy tín Nature Catalysis còn chỉ ra rằng chất xúc tác mới này giúp kéo dài tuổi thọ của các vật liệu giá rẻ khác được sử dụng trong hệ thống lên tới 40 lần. Điều này mở ra một triển vọng rất thực tế về việc có thể thay thế hoàn toàn iridi trong tương lai.
Mở ra kỷ nguyên mới cho năng lượng sạch toàn cầu
Mặc dù phát hiện này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, các nhà khoa học Nhật Bản 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 trong việc thương mại hóa, công nghệ đột phá này có thể giảm mạnh chi phí sản xuất, mở đường cho việc ứng dụng hydro xanh trên quy mô toàn cầu. Đây không chỉ là một bước tiến lớn trong quá trình chuyển dịch năng lượng và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, mà còn có thể giúp Nhật Bản đi trước thế giới trong một trong những lĩnh vực công nghệ quan trọng nhất của tương lai.
