Nguồn nguyên liệu bất ngờ để sản xuất hydro xanh giúp giảm tới 27% năng lượng điện

Phương pháp này cắt giảm được từ 20–27% lượng điện so với phương pháp tách nước, đồng thời làm sạch nước thải giàu nitơ.

Biến nước tiểu thành nguồn hydro sạch cho tương lai

Hydro xanh là một nguồn năng lượng sạch quan trọng của tương lai. Khi đốt cháy hoàn toàn nó tạo ra nước và cung cấp linh hoạt để khử carbon trong các lĩnh vực mà điện khí hóa còn thiếu sót như công nghiệp nặng, hàng không và vận chuyển. Đồng thời, nó đóng vai trò là nguồn năng lượng lâu dài, trở thành trụ cột chính trong nỗ lực toàn cầu nhằm loại bỏ nhiên liệu hóa thạch.

Tuy nhiên, sản xuất hydro sạch với giá rẻ vẫn là một thách thức lớn. Phần lớn hydro ngày nay đang được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch, được gọi là hydro xám, thải ra môi trường một lượng lớn CO₂.

Tiến sĩ Xintong Gao của Đại học Adelaide với hệ thống điện phân urê không màng (Nguồn ảnh: Interesting Engineering)

Để bảo vệ môi trường, các nhà khoa học sử dụng phương pháp điện phân nước để tạo ra hydro sạch. Phương pháp này tránh được khí thải nhưng đòi hỏi lượng điện khổng lồ, tốn nhiều chi phí. Đây là nguyên nhân gây cản trở sản xuất hydro xanh.

Để khắc phục, các nhà nghiên cứu từ Đại học Adelaide (thuộc Úc) và Trung tâm Xuất sắc về Khoa học và Đổi mới Carbon ARC (COE-CSI) tiếp tục tìm kiếm một nguồn nguyên liệu gây bất ngờ, đó là nước tiểu.

Họ đã nghiên cứu phát triển hai hệ thống điện phân tiên tiến sử dụng urê trong nước tiểu và nước thải của con người để sản xuất hydro hiệu quả. Phương pháp này cắt giảm được từ 20 - 27% lượng điện so với phương pháp tách nước và loại bỏ các sản phẩm phụ độc hại trong quá trình này.

“Mặc dù chúng tôi chưa giải quyết được mọi vấn đề, nhưng nếu các hệ thống này được mở rộng quy mô, sẽ sản xuất ra khí nitơ vô hại thay vì nitrat và nitrit độc hại”, GS. Yao Zheng, Trưởng nhóm nghiên cứu của COE-CSI cho biết.

Xử lý tình trạng ăn mòn clo trong nước tiểu

Ban đầu, nhóm nghiên cứu sử dụng một hệ thống không màng mới được cung cấp năng lượng bởi chất xúc tác gốc đồng và urê tinh khiết. Loại urê nguyên chất này được sản xuất theo quy trình Haber - Bosch, một quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng và thải ra nhiều carbon.

Để khắc phục, hệ thống thứ hai được thiết kế để chạy bằng nước tiểu của con người, một nguồn nguyên liệu bền vững và dễ kiếm hơn nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất hydro, theo cách trung hòa carbon.

Tuy nhiên, vấn đề xảy ra là nước tiểu chứa các ion clorua, có thể gây ra các phản ứng hóa học không mong muốn trong quá trình điện phân, tạo ra khí clo. Khí clo ăn mòn cực dương của hệ thống và làm hỏng hệ thống theo thời gian.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một cơ chế oxy hóa trung gian bằng clo. Thay vì để các ion clorua gây ra sự ăn mòn, hệ thống mới chuyển hướng đường dẫn phản ứng bằng cách sử dụng chất xúc tác gốc bạch kim được hỗ trợ trên carbon.

Phương pháp này không chỉ bảo vệ cực dương mà còn duy trì hiệu quả sản xuất hydro từ nước tiểu.

Nhóm nghiên cứu hiện đang nỗ lực xây dựng các hệ thống hoàn toàn không có màng, có khả năng thu hồi hydro xanh và xử lý nước thải giàu nitơ.

Theo Interesting Engineering