Phát hiện sức hút mạnh của bề mặt carbon với khí hydro, tiến sĩ Nguyễn Xuân Thanh cùng cộng sự tìm cách lưu trữ hydro bằng vật liệu carbon có cấu trúc lỗ xốp.
Nghiên cứu thực hiện trong 2 năm khi tiến sĩ Thanh làm việc tại Đại học Queensland (Australia) dưới sự hướng dẫn của GS Suresh K. Bhatia - Trưởng nhóm nghiên cứu. Về nước công tác tại khoa kỹ thuật cơ khí, Đại học Việt Đức, ông theo đuổi nghiên cứu và công bố trên Physical Review Letters, tạp chí khoa học chuyên ngành của Hội Vật lý Mỹ.
Theo tiến sĩ Thanh, với hydro khó nhất là lưu trữ chúng vì đây là dạng năng lượng cao (high energy gas) rất khó để hóa lỏng. Hiện lưu trữ hydro thường sử dụng phương pháp hóa lỏng đến nhiệt độ 20K, tức khoảng âm 253 độ C, độ lạnh rất sâu. Do vậy thiết bị lưu trữ hydro cần sử dụng vật liệu có độ cách nhiệt cao. Vì thế, khối lượng vật liệu chứa hydro chiếm tỷ lệ rất lớn khoảng 93% tổng khối lượng, còn lại 7% lưu trữ hydro theo quy định của Bộ Năng lượng Mỹ. "Lưu trữ hydro cần công nghệ rất đặc biệt vốn tồn tại ở các quốc gia có trình độ khoa học kỹ thuật cao", tiến sĩ Thanh nói.
Tiến sĩ Nguyễn Xuân Thanh với giải thưởng nghiên cứu về carbon do Nhà xuất bản Elsevier trao tặng. (Ảnh: Hà An).
Thực tế carbon có thể lưu trữ điện tích trong cục pin đã được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, "cấu trúc lỗ xốp carbon giúp lưu trữ hydro dễ hơn các phương pháp truyền thống", tiến sĩ Thanh nói.
Theo quy trình nghiên cứu, than lỗ xốp được tạo ra từ các loại thực vật chứa cellulose, lignin như các loại cây gỗ, trúc, bèo, xơ dừa, vỏ trấu... Các vật liệu này được than hóa trong môi trường hiếm khí. Bước tiếp theo là hoạt hóa than sử dụng phương pháp vật lý bằng cách xử lý nhiệt trong môi trường không khí hoặc CO2, hơi nước và phương pháp hóa học dùng một axit, hay bazơ mạnh. Quá trình xử lý nhiệt giúp điều chỉnh kích thước, hình dạng và cấu trúc lỗ xốp theo ý muốn, tạo môi trường tối ưu cho việc lưu trữ hydro. Cấu trúc than hoạt hóa đạt yêu cầu cần phải chứa các lỗ xốp có kích thước nhỏ hơn 1nm sẽ tạo ra sức hấp dẫn mạnh với khí hydro, giúp khối lượng chúng trên một đơn vị thể tích tăng lên, làm tăng khả năng lưu trữ của lỗ xốp.
Ông Thanh cho biết, đây mới là các nghiên cứu với quy mô phòng thí nghiệm và chỉ tập trung vào khả năng lưu trữ hydro. Thực tế, lỗ xốp của carbon vốn rất phức tạp, khó điều chỉnh vì cấu trúc không hoàn chỉnh vốn có của than. Việc kiểm soát cấu trúc vật liệu lỗ xốp dựa trên tính chất để giúp chúng có khả năng lưu trữ tốt nhất, cần nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa. Giải pháp kỹ thuật là lấy đi hiệu quả một lượng nhiệt lớn tỏa ra trong quá trình nạp hydro vào trong than để đảm bảo nhiệt độ lưu trữ (77K) cần phải được xem xét trong các nghiên cứu hướng ứng dụng.
Hydro vốn là năng lượng xanh vì khi sử dụng chất thải là nước, không phát ra khí thải gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, các ứng dụng của hydro trên thế giới chưa phổ biến, vì kỹ thuật sản xuất, lưu trữ nguồn năng lượng này rất khó, chi phí cao. Vì vậy ông Thanh cho rằng khi thành công trong việc giải quyết các vấn đề trên thì hướng ứng dụng của nghiên cứu rất rõ ràng trong việc tạo ra phương pháp lưu trữ hydro mới với carbon vốn là một loại vật liệu có sẵn, dễ kiếm và chi phí thấp hơn.