Chỉ bằng một đột phá, nhóm các nhà nghiên cứu khiến cả ngành năng lượng, ngành khoa học vật chất, ngành du hành vũ trụ hồ hởi ra mặt.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tới từ Đại học Kỹ nghệ Valencia (Universitat Politècnica de València - UPV) và Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Tây Ban Nha (CSIC) vừa công bố phát hiện mới: họ tìm ra phương pháp điện phân không cần điện, tạo ra hydro và oxy mà chỉ dùng tới vi sóng, không cần tới bất kỳ dây dẫn hay tương tác trực tiếp với điện cực. Khám phá này có thể thay đổi hoàn toàn ngành nghiên cứu năng lượng, đồng thời có tiềm năng trở thành chìa khóa mở ra cơ hội loại bỏ khí thải carbon từ các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Nghiên cứu mới đã được đăng tải trên tạp chí khoa học uy tín Nature.
Các nhà khoa học có thể tạo ra hydro và oxy mà chỉ dùng tới vi sóng. (Ảnh: upv.es).
Công nghệ do UPV và CSIC phát triển dựa trên tác động làm tiêu biến vật liệu rắn của vi sóng, cụ thể trong thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu sử dụng xeri oxit làm chất trung gian cho phép vi sóng có thể phát huy tác dụng. Phương pháp mới cho phép các nhà khoa học tạo ra kết quả quá trình điện phân mà không cần tới điện cực. Bên cạnh tác dụng đơn giản hóa quá trình cũng như giảm chi phí, phương pháp vi sóng cho phép thiết bị thực hiện phản ứng linh hoạt hơn và dễ kiểm soát hơn.
“Đây là công nghệ mang tiềm năng ứng dụng lớn, đặc biệt trong lưu trữ năng lượng, trong sản xuất nhiên liệu tổng hợp và các chất hóa học không gây hại tới môi trường. Những khía cạnh này quan trọng trong thời điểm hiện tại, khi cả ngành vận tải lẫn các ngành công nghiệp đều đang cố gắng giảm khí thải và điện hóa quá trình sản xuất”, giáo sư José Manuel Serra tới từ Viện Công nghệ Hóa học (ITQ) nhấn mạnh.
Hydro sạch dùng trong cách ngành công nghiệp và trong ngành vận tải
Dung dịch nước sẽ có 2 phần hydro trên mỗi phần oxy. Tách được hai chất này ra khỏi nước, ta sẽ có nguồn hydro và oxy dồi dào.
Theo lời các nhà nghiên cứu, tác dụng chính của công nghệ mới là sản xuất hydro sạch từ nước, nhằm sử dụng trong công nghiệp và vận tải. Như nhóm đã chỉ ra, phương tiện không sử dụng nhiên liệu hóa thạch sẽ hưởng lợi lớn từ công nghệ mới, có thể kể tới xe hơi chạy đường nhựa lẫn tàu chạy ra, tàu thủy chở hàng. Bên cạnh đó, ngành hóa học, luyện kim hay làm gốm cũng sẽ trực tiếp có lợi nhờ phương pháp tổng hợp chất hóa học mới.
“Phương pháp này có thể biến năng lượng điện tái tạo, thông thường sẽ tới từ hệ thống điện mặt trời hay điện gió, trở thành sản phẩm sinh lời và nhiên liệu sạch. Nó có tiềm năng ứng dụng lớn và chúng tôi mong rằng sẽ sớm xuất hiện những tiện ích mới trong lưu trữ năng lượng và ngành công nghiệp xử lý hóa chất”, giáo sư José Manuel Catalá nhận định.
Trong nghiên cứu được đăng tải trên Nature, nhóm các nhà khoa học cung cấp cả một nghiên cứu mối tương quan giữa hai yếu tố công nghệ và kinh tế, chỉ ra cách thức phương pháp mới sẽ hiệu quả hơn trước, với những cơ sở sản xuất hydro có chi phí xây dựng cạnh tranh với công nghệ ta đang có.
Đây là cách họ đạt được đột phá
Khác với phương pháp điện phân thông thường sẽ cần tới điện cực, cách thức mới chỉ cần thiết bị tạo ra vi sóng.
Họ quan sát thấy vật liệu có tính ion sẽ thay đổi đặc tính khi tương tác với vi sóng, đặc biệt là khả năng truyền dẫn electron của vật liệu - thứ vốn không xuất hiện khi vật liệu được làm nóng theo cách thức thông thường. “Chúng tôi rất tò mò về những thay đổi đột ngột trong thuộc tính điện của vật chất, mong muốn hiểu rõ quá trình này diễn ra như thế nào. Vì lý do đó, nhóm sẽ tiếp tục thử nghiệm, với những lò phản ứng tạo vi sóng mới và những kỹ thuật phân tích dữ liệu khác nữa”, giáo sư Catalá hồ hởi nói.
Họ xác nhận rằng tương tác giữa vi sóng và vật liệu sẽ ảnh hưởng tới electron, đẩy oxy ra khỏi cấu trúc hóa học của vật liệu. “Thoạt nhìn, chúng tôi nhận ra ngay tiềm năng ứng dụng của khám phá mới, đặc biệt là khi nhân loại đặt ra mục tiêu loại bỏ khí nhà kính chỉ nội trong hai thập kỷ tới”, giáo sư Serra kết luận.
Từ pin sạc siêu nhanh cho tới du hành vũ trụ
Đội tới từ UPV và CSIS đang tìm hiểu những ứng dụng tương lai của công nghệ mới, hiện tại họ đang tập trung vào nghiên cứu pin sạc siêu nhanh. Theo lời giáo sư Catalá, phương pháp sạc mới mà họ đề xuất có thể làm đầy pin chỉ sau vài giây.
Một ứng dụng khác sẽ là tạo ra oxy bằng vi sóng, ngay lập tức mở ra những tiềm năng mới. Hãy tưởng tượng căn cứ Mặt trăng, sao Hỏa và những hành tinh khác xa hơn nữa có hệ thống tạo oxy mà không cần tới quá trình quang hợp.