Nghiên cứu chỉ ra rằng năng lượng vi sóng góp phần đáng kể vào sự hình thành khuyết tật trong điều kiện ôn hòa hơn. (Ảnh minh hoạ: Audioundwerbung)
Các nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH), Hàn Quốc, vừa công bố một công nghệ đột phá, ứng dụng năng lượng vi sóng để vượt qua những hạn chế trong sản xuất hydro sạch. Đây được xem là bước tiến lớn trong nỗ lực tìm kiếm nguồn năng lượng bền vững, giúp giảm đáng kể chi phí và nhiệt độ cần thiết trong quá trình sản xuất hydro.
Hiện nay, các phương pháp sản xuất hydro phổ biến như nhiệt hóa phụ thuộc vào quá trình oxy hóa-khử của các oxit kim loại. Tuy nhiên, những công nghệ này đòi hỏi nhiệt độ cực cao, lên đến 1.500°C (2.732°F), dẫn đến tiêu tốn năng lượng, chi phí lớn và khó triển khai ở quy mô công nghiệp. Điều này khiến các giải pháp hiện tại chưa đủ hiệu quả để áp dụng rộng rãi.
Trong nghiên cứu mới, nhóm các nhà khoa học đã tận dụng năng lượng vi sóng, nguồn năng lượng vốn được sử dụng phổ biến trong lò vi sóng gia đình, để điều khiển các phản ứng hóa học. Vi sóng không chỉ làm nóng thức ăn mà còn có khả năng thúc đẩy các phản ứng hóa học với hiệu quả cao hơn nhiều so với phương pháp truyền thống.
Thí nghiệm cho thấy, khi ứng dụng năng lượng vi sóng, nhiệt độ khử của ceria pha tạp Gd (CeO2) – vật liệu chuẩn trong sản xuất hydro – giảm xuống dưới 600°C (1.112°F), tức thấp hơn hơn 60% so với yêu cầu của phương pháp nhiệt hóa thông thường. Đặc biệt, vi sóng có thể thay thế tới 75% năng lượng nhiệt cần thiết, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc cắt giảm chi phí và cải thiện hiệu quả sản xuất hydro.
Giáo sư Hyungyu Jin từ POSTECH nhận định, nghiên cứu này có tiềm năng cách mạng hóa khả năng thương mại hóa công nghệ sản xuất hydro nhiệt hóa. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng mở ra cơ hội phát triển các vật liệu mới, tối ưu hóa cho quy trình hóa học điều khiển bằng vi sóng.
“Cơ chế sử dụng năng lượng vi sóng không chỉ khắc phục những hạn chế của các quy trình hiện tại mà còn thể hiện sự hợp tác liên ngành vượt bậc của nhóm nghiên cứu” ông Jin nhấn mạnh.
Nghiên cứu, được đăng trên Tạp chí Hóa học Vật liệu, chỉ ra rằng năng lượng vi sóng không chỉ làm giảm nhiệt độ phản ứng mà còn góp phần đáng kể vào quá trình hình thành “khoảng trống oxy” – những khiếm khuyết trong cấu trúc vật liệu cần thiết để tách nước thành hydro.
Các phương pháp truyền thống thường mất hàng giờ ở nhiệt độ cực cao để tạo ra những vị trí trống này. Trong khi đó, công nghệ vi sóng chỉ mất một khoảng thời gian ngắn hơn nhiều mà vẫn đạt hiệu quả tương tự.
Các nhà nghiên cứu cũng khẳng định rằng yếu tố quan trọng nhất trong công nghệ này là thông số fr, đo tỷ lệ năng lượng vi sóng góp phần trực tiếp vào phản ứng khử oxit kim loại bằng cách chiết xuất oxy từ mạng tinh thể.
Những phát hiện này không chỉ cung cấp hiểu biết sâu sắc về tương tác giữa trường vi sóng và vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu nhiệt động lực học.
Công nghệ sản xuất hydro hỗ trợ vi sóng được kỳ vọng sẽ mang lại giải pháp kinh tế và bền vững cho việc phân hủy H2O thành H2. Đây không chỉ là bước tiến trong lĩnh vực năng lượng sạch mà còn hứa hẹn tạo ra những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp hóa học.
Với khả năng giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả sản xuất, công nghệ này có tiềm năng trở thành chìa khóa quan trọng trong nỗ lực toàn cầu chống biến đổi khí hậu và thúc đẩy nền kinh tế xanh.
Link gốc