Hydro từ lâu được coi là loại nhiên liệu sạch lý tưởng. Khi sử dụng, nó chỉ tạo ra nước trong khi cung cấp một lượng lớn năng lượng. Điều này làm cho nó trở nên hấp dẫn để cung cấp năng lượng cho các ngành giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp và cả sản xuất điện.

Thách thức luôn là làm thế nào để sản xuất hydro sạch, rẻ tiền và trên quy mô lớn. Nhiều phương pháp hiện tại, như điện phân, dựa vào nguồn nước tinh khiết, thiết bị đắt tiền hoặc các quy trình tốn nhiều năng lượng để phân tách các phân tử nước, hạn chế tính khả thi của chúng.

Phương pháp mới, được phát triển bởi một nhóm nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney, Australia, sử dụng gallium lỏng, được kích hoạt bằng ánh sáng mặt trời, để chiết xuất hydro trực tiếp từ cả nước ngọt và nước biển. Công trình được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Công nghệ này chỉ dựa vào ánh sáng và các nguồn nước sẵn có. Cốt lõi của hệ thống này là gallium, kim loại có điểm nóng chảy rất thấp. Các nhà nghiên cứu cho hay, gallium lỏng hiếm khi được nghiên cứu để sản xuất hydro mặc dù nó có những đặc tính khác thường.

Ở nhiệt độ phòng, gallium có vẻ dạng rắn, nhưng lại chuyển thành chất lỏng ở nhiệt độ gần bằng nhiệt độ cơ thể. Ở trong nước và dưới ánh sáng, bề mặt vốn không phản ứng của nó bắt đầu bị oxy hóa, kích hoạt quá trình giải phóng hydro.

Đặc tính bất thường này cho phép nó được sử dụng với lượng năng lượng đầu vào tương đối ít. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện rằng, các hạt gallium có thể hấp thụ ánh sáng, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy phản ứng hóa học.

Bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời hay ánh sáng nhân tạo, phương pháp này cho phép sản xuất hydro mà không cần nguồn điện bên ngoài hoặc cơ sở hạ tầng phức tạp, giúp giảm chi phí và độ phức tạp, duy trì được hiệu quả cạnh tranh.

Trong quá trình này, các hạt gallium lỏng được treo trong nước và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hay ánh sáng nhân tạo. Khi ánh sáng chiếu vào gallium, nó phản ứng trên bề mặt với các phân tử nước. Phản ứng này giải phóng hydro và tạo thành một hợp chất gọi là gallium oxyhydroxide.

Điều làm cho phương pháp này đặc biệt hấp dẫn là tính tuần hoàn của nó. Sau khi hydro được sản xuất, gallium oxyhydroxide được hình thành trong phản ứng có thể được chuyển đổi trở lại thành gallium và tái sử dụng nhiều lần. Điều này giúp giảm đáng kể chất thải và chi phí.

Trong các thí nghiệm ban đầu, nhóm nghiên cứu đạt hiệu suất sản xuất hydro lên tới 12,9% và hiện đang nỗ lực cải thiện hiệu suất để sớm đưa công nghệ này sử dụng trong thương mại.

Một ưu điểm của phương pháp mới là khả năng hoạt động với nước biển. Nhiều kỹ thuật sản xuất hydro yêu cầu nước tinh khiết, vốn đắt tiền và không thực tế khi sử dụng với số lượng lớn. Ngược lại, nước biển dồi dào và có sẵn, đặc biệt là ở các vùng ven biển.

Các nhà nghiên cứu về hydro rất hào hứng vì phương pháp này tránh được nhiều trở ngại mà các phương pháp phân tách nước truyền thống như điện phân và quang xúc tác gặp phải. Nó không yêu cầu các vật liệu quý hiếm, điện áp cao hay cơ sở hạ tầng phức tạp và gallium có thể tái chế trong hệ thống.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tập trung vào cải thiện hiệu suất và xây dựng lò phản ứng quy mô trung bình để thử nghiệm khả năng sản xuất hydro lượng lớn hơn. Nếu thành công, công nghệ này có thể cung cấp lộ trình thiết thực và khả thi để sản xuất hydro sạch, chỉ bằng các nguồn nước có sẵn và ánh sáng mặt trời dồi dào.