Bằng cách sử dụng một thiết bị điện hóa, TS Dư Hoàng Long cùng cộng sự nghiên cứu chuyển đổi khí nitơ thành amoniac phục vụ trong nông nghiệp và ngành hóa chất.
Ở vai trò trưởng nhóm nghiên cứu, TS Dư Hoàng Long (34 tuổi) cùng các nhà khoa học tại ĐH Monash, Australia vừa tạo bước đột phá trong phát triển quy trình sản xuất ammonia (hay còn gọi amoniac), một thành phần quan trọng trong phân bón cho sản xuất lương thực trên thế giới.
Hiện nay trong công nghiệp, hầu hết amoniac được tổng hợp bằng phương pháp Haber–Bosch (phản ứng kết hợp giữa hydro lấy từ nhiên liệu hóa thạch và khí nitơ). Song theo Viện Năng suất Công nghiệp, thống kê vào năm 2010 cho thấy quá trình này thải khoảng 451 triệu tấn carbon. Vì vậy kết quả nghiên cứu được đánh giá giúp giải quyết bài toán nguồn amoniac sạch.
"Nếu thành công, năng lượng tái tạo sẽ được trữ dưới dạng amoniac và xuất khẩu", TS Dư Hoàng Long chia sẻ với PV Công trình nhóm được thực hiện trong 2 năm.
TS Dư Hoàng Long trong phòng nghiên cứu tại trường Đại học Monash, Australia. (Ảnh: NVCC)
Bằng phương pháp khử điện hóa khí nitơ (N2) qua hỗ trợ của lithium (Li), nhóm phát triển chất điện ly độc đáo sản sinh ra lớp điện tử có tính chất hoạt động cao trên bề mặt điện cực, có thể thực hiện phản ứng chuyển đổi khí nitơ thành amoniac hiệu quả nhất hiện nay. Quy trình mới cho hiệu suất gần như tuyệt đối và linh hoạt về quy mô hơn so với phương pháp thông thường. Kết quả nghiên cứu vừa được công bố trên trên tạp chí Nature, chỉ số ảnh hưởng là 69.5.
TS Long cho biết, điểm nổi bật của nghiên cứu là nhóm đã phát triển chất điện ly có khả năng giữ cho bề mặt điện cực ổn định trong suốt quá trình hoạt động, cho phép quy trình năng suất cao và hiệu suất gần 100%, điều chưa từng nghiên cứu nào đạt được đến thời điểm hiện tại.
GS Douglas MacFarlane, thành viên nhóm, giải thích thêm, bằng cách chuyển sang chất điện ly imide bis (trifluoromethylsulfonyl), nhóm nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống có thể dập tắt các phản ứng phụ không mong muốn với lớp phủ ion phù hợp, từ đó ổn định quá trình hình thành kim loại Li và sản phẩm tạo ra chủ yếu là amoniac. "Điều này đã giải quyết vấn đề ở hai khía cạnh, không chỉ nâng cao hiệu suất, hiệu quả của quá trình, mà còn làm ổn định hơn vì không bị ảnh hưởng bởi phản ứng phụ", ông nói.
Giáo sư MacFarlane nhận định, việc đạt đến hiệu suất gần 100% là bước đột phá quan trọng, có thể tạo quy trình ổn định để sản xuất amoniac bền vững. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống tổng hợp điện hóa amoniac trong phòng thí nghiệm có thể đạt được 0.8g amoniac/ngày/1cm2 điện cực. Do đó việc mở rộng quy trình để tăng năng suất ngang bằng với quy trình công nghiệp hiện tại khá khả quan.
Thiết bị điện hóa được các nhà khoa học của ĐH Monash chế tạo. (Ảnh: Steve Morton).
"Nghiên cứu là một bước đột phá khi mở ra con đường tạo ra amoniac chỉ bằng điện năng", TS Charlie Day, CEO Jupiter Ionics, chia sẻ với PV qua email. Ông cho biết, cắt bỏ khí thải của quá trình sản xuất amoniac là một trong những thử thách quan trọng của nhân loại nếu chúng ta muốn đạt được mục tiêu của hiệp định Paris về giảm phát thải khí nhà kính. Với năng lượng tái tạo như mặt trời và gió trở nên rẻ và phổ biến hơn, quy trình này có thể giúp hướng tới thế giới không khí thải CO2 được nhanh hơn mà vẫn giữ được năng suất của hệ thống lương thực toàn cầu.
Công ty của TS Charlie Day tập trung vào công nghiệp hoá quy trình sản xuất amoniac sạch bằng phương pháp điện hoá. Họ kỳ vọng sẽ hoàn thành thiết bị mẫu đầu tiên cho ra thực nghiệm ở các cánh đồng vùng Victoria vào năm sau. "Điều quan trọng là quy trình mới cho phép hệ thống linh hoạt ở nhiều kích cỡ và quy mô mà vẫn sử dụng nguồn năng lượng tái tạo rẻ và dồi dào", TS Day nói. Ông tin rằng không chỉ giảm đáng kể nguồn khí thải, hệ thống còn giải quyết bài toán mất ổn định của giá thành phân bón, mang tương lai tốt hơn cho lương thực toàn cầu.
| TS Dư Hoàng Long sinh ra tại TP HCM. Anh tốt nghiệp ngành kỹ sư cơ khí, trường Đại học Kỹ thuật Petronas, Malaysia; sau đó nhận bằng thạc sĩ Năng lượng và môi trường tại Viện Khoa học kỹ thuật Hàn Quốc. TS Long nhận bằng tiến sĩ chuyên ngành Hoá, tại ĐH Monash và hiện đảm nhiệm vai trò nghiên cứu viên tại Khoa Hóa học cùng trường. Hướng nghiên cứu chính của TS Long thuộc lĩnh vực điện hóa học, năng lượng tái tạo và chuyển đổi năng lượng. Anh có hơn 20 công trình công bố trên các tạp chí khoa học uy tín như Nature, Science, Nature Catalysis và các tạp chí trong hệ thống xuất bản của American Chemical Society. TS Long cho biết, sẵn sàng hợp tác với các nhóm nghiên cứu trong nước muốn tham gia lĩnh vực này. |