Tiếng Việt
MỘT Nghiên cứu do RMIT chủ trì dựa vào chất xúc tác kim loại lỏng đã chứng minh một phương pháp sản xuất amoniac sử dụng năng lượng thấp có hiệu quả như tiêu chuẩn vàng hiện nay, dựa vào lực ép. Quy trình mới này có thể giúp cắt giảm đáng kể lượng khí thải carbon do sản xuất hóa chất được sử dụng rộng rãi.
Amoniac được sử dụng làm phân bón để trồng nhiều loại lương thực trên thế giới; nó cũng đóng vai trò trong năng lượng sạch như một chất mang để vận chuyển hydro một cách an toàn. Tuy nhiên, việc sản xuất amoniac toàn cầu gây ra một vấn đề môi trường rất lớn, với việc khí đốt tiêu thụ hơn 2% năng lượng toàn cầu và tạo ra tới 2% lượng khí thải carbon toàn cầu.
Tiến sĩ Karma Zuraiqi, Nghiên cứu viên RMIT và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết giải pháp thay thế xanh hơn của nhóm sử dụng nhiệt lượng ít hơn 20% và áp suất ít hơn 98% so với quy trình Haber-Bosch hàng thế kỷ được sử dụng ngày nay để tách nitơ và hydro thành amoniac.
“Việc sản xuất amoniac trên toàn thế giới hiện là nguyên nhân gây ra lượng khí thải gấp đôi so với Australia. Nếu chúng ta có thể cải thiện quy trình này và làm cho nó ít tiêu tốn năng lượng hơn, chúng ta có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon,” Zuraiqi, từ Trường Kỹ thuật của RMIT, cho biết.
Zuraiqi cho biết thêm: “Đồng và gali mà chúng tôi sử dụng cũng rẻ hơn và dồi dào hơn nhiều so với kim loại quý ruthenium được sử dụng làm chất xúc tác trong các phương pháp tiếp cận hiện nay”.
“Tất cả những ưu điểm này khiến nó trở thành một sự phát triển mới thú vị mà chúng tôi mong muốn tiến xa hơn và thử nghiệm bên ngoài phòng thí nghiệm.”
Kim loại lỏng làm chất xúc tác
Nhóm nghiên cứu đang đi đầu trong việc khai thác các đặc tính đặc biệt của chất xúc tác kim loại lỏng để sản xuất amoniac, thu hồi carbon và sản xuất năng lượng.
Chất xúc tác là chất làm cho các phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn và dễ dàng hơn mà không bị tiêu hao.
Nghiên cứu mới nhất này đã giới thiệu kỹ thuật độc quyền của RMIT bằng cách tạo ra những giọt kim loại lỏng nhỏ chứa đồng và gali – được đặt tên là 'hành tinh nano' vì lớp vỏ cứng, lõi ngoài lỏng và cấu trúc lõi bên trong rắn – làm chất xúc tác để phá vỡ các thành phần thô của nitơ và hydro.
Giáo sư Torben Daeneke của RMIT cho biết: “Kim loại lỏng cho phép chúng tôi di chuyển các nguyên tố hóa học xung quanh theo cách năng động hơn để đưa mọi thứ đến bề mặt và tạo ra các phản ứng hiệu quả hơn, lý tưởng cho xúc tác”.
“Riêng đồng và gali đều được coi là chất xúc tác cực kỳ tệ cho quá trình sản xuất amoniac, nhưng khi kết hợp với nhau, chúng lại thực hiện công việc này cực kỳ hiệu quả.”
Theo các nhà khoa học, các cuộc thử nghiệm cho thấy gali đã phá vỡ nitơ, trong khi sự có mặt của đồng giúp phân tách hydro, sự kết hợp hoạt động hiệu quả như các phương pháp hiện nay với chi phí thấp hơn.
Daeneke cho biết: “Về cơ bản, chúng tôi đã tìm ra cách tận dụng sức mạnh tổng hợp giữa hai kim loại, nâng cao hoạt động riêng lẻ của chúng”.
RMIT hiện đang dẫn đầu về thương mại hóa công nghệ, được đồng sở hữu bởi RMIT và Đại học Công nghệ Queensland (QUT).
Thử thách tiếp theo: nâng cấp quy mô cho ngành
Mặc dù amoniac được sản xuất thông qua quy trình Haber-Bosch truyền thống chỉ khả thi ở các cơ sở lớn, nhưng phương pháp thay thế của nhóm có thể phù hợp với cả sản xuất phi tập trung, quy mô lớn và nhỏ hơn, trong đó số lượng nhỏ được sản xuất với giá rẻ tại các trang trại năng lượng mặt trời. Điều này sẽ làm giảm chi phí vận chuyển và lượng khí thải.
Hiện tại, công nghệ này vẫn chưa được chứng minh ngoài điều kiện trong phòng thí nghiệm, nhưng nhóm có kế hoạch nâng cấp hệ thống của họ và thiết kế nó để hoạt động ở áp suất thấp hơn nữa, khiến nó trở nên thiết thực hơn như một công cụ phi tập trung cho nhiều ngành công nghiệp hơn.
Cùng với việc sản xuất amoniac để làm phân bón, công nghệ này có thể là động lực chính cho ngành công nghiệp hydro, hỗ trợ việc loại bỏ nhiên liệu hóa thạch.
Daeneke giải thích: “Một cách tốt để làm cho hydro an toàn hơn và dễ vận chuyển hơn là biến nó thành amoniac”.
“Nhưng nếu chúng ta sử dụng amoniac được sản xuất thông qua các kỹ thuật hiện tại làm chất mang hydro thì khí thải từ ngành công nghiệp hydro có thể làm tăng đáng kể lượng khí thải toàn cầu.
Ông cho biết: “Tầm nhìn của chúng tôi là kết hợp công nghệ sản xuất amoniac xanh với công nghệ hydro, cho phép năng lượng xanh được vận chuyển an toàn khắp thế giới mà không bị tổn thất lớn trên đường đi”.
“Ở giai đoạn này, chúng tôi thực sự vui mừng với kết quả và muốn nói chuyện với các đối tác tiềm năng quan tâm đến việc mở rộng quy mô này cho ngành của họ.”
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Hội đồng nghiên cứu Úc và Đồng bộ Úc (ANSTO). Phân tích các tương tác phân tử được thực hiện tại Cơ sở Kính hiển vi và Phân tích Vi mô của RMIT, cũng như Cơ sở Nghiên cứu Phân tích Trung tâm của QUT, Synchrotron của Úc và thông qua cơ sở siêu máy tính NCI Australia.
'Tiết lộ tính di động của kim loại trong chất xúc tác kim loại lỏng để tổng hợp amoniac' đã được xuất bản trong Chất xúc tác tự nhiên.
Website: https://yeastera.com
Fanpage: https://www.facebook.com/yeastera/