Sản xuất hydro trong vài phút bằng vi sóng

Bằng cách sử dụng vi sóng, một nhóm nghiên cứu tại POSTECH, Hàn Quốc phát triển một công nghệ đột phá, giúp sản xuất hydro sạch hiệu quả hơn nhiều. Một bước đột phá quan trọng khác là nhanh chóng tạo ra các chỗ trống oxy, yếu tố cần thiết để phân tách nước thành hydro, chỉ trong vài phút thay vì vài giờ.

Khi thế giới đang giảm dần nhiên liệu hóa thạch, hydro sạch nổi lên như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn do không phát thải carbon. Tuy nhiên, trong các phương pháp sản xuất hydro hiện tại, các kỹ thuật nhiệt hóa học truyền thống, sử dụng phản ứng oxy hóa khử oxit kim loại, đòi hỏi nhiệt độ cực cao, đôi khi lên tới 1.500⁰C (~2.700⁰F). Điều này khiến quá trình sản xuất tốn nhiều năng lượng, khó mở rộng quy mô để sử dụng rộng rãi.

Để giải quyết những thách thức này, nhóm POSTECH chuyển sang nguồn năng lượng quen thuộc: vi sóng. Vi sóng là sóng điện từ có tần số từ 300 MHz - 300 GHz. Chúng thường sử dụng trong các ứng dụng như truyền thông không dây, radar, lò vi sóng. Mặc dù vi sóng thường sử dụng để hâm nóng thức ăn, nhưng chúng cũng có thể thúc đẩy các phản ứng hóa học một cách hiệu quả.

Các nhà nghiên cứu chứng minh rằng, năng lượng vi sóng có thể hạ nhiệt độ khử của Gd-ceria (CeO₂), một vật liệu chuẩn để sản xuất hydro, xuống dưới 600⁰C (~1.100⁰F), giảm yêu cầu về nhiệt độ hơn 60%. Đáng chú ý, năng lượng vi sóng được phát hiện có thể thay thế 75% năng lượng nhiệt cần thiết cho phản ứng, một bước đột phá cho sản xuất hydro bền vững.

Một tiến bộ quan trọng khác là việc tạo ra các “chỗ trống oxy” (Chỗ trống oxy là trạng thái mà một nguyên tử oxy bị thiếu trong vật liệu, để lại chỗ trống, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường dòng electron hoặc phản ứng hóa học). Đây là yếu tố cần thiết trong cấu trúc vật liệu để phân tách nước thành hydro. Các phương pháp thông thường, thường mất nhiều giờ ở nhiệt độ cực cao để hình thành các chỗ trống này.

Nhóm POSTECH đạt được kết quả tương tự chỉ trong vài phút ở nhiệt độ dưới 600⁰C (~1.100⁰F) bằng cách tận dụng công nghệ vi sóng. Quá trình này được xác thực thêm bằng mô hình nhiệt động lực học, cung cấp cái nhìn có giá trị về cơ chế cơ bản của phản ứng do vi sóng thúc đẩy.

Nghiên cứu này được xem có tiềm năng thương mại các công nghệ sản xuất hydro nhiệt hóa học. Nó cũng sẽ mở đường cho sự phát triển các vật liệu mới, được tối ưu hóa cho các quy trình hóa học do vi sóng thúc đẩy.