Các nhà nghiên cứu tại Đại học
Bách khoa liên bang Thụy Sỹ (EPFL) và Đại học Kyoto đã tạo ra một chất lỏng ổn
định giàu hydro bằng cách trộn hai hóa chất đơn giản. Bước đột phá này có thể
giúp lưu trữ hydro dễ dàng, an toàn và hiệu quả hơn ở nhiệt độ phòng.
Hydro, nhiên liệu sạch của tương
lai, nhưng đưa nhiên liệu này từ phòng thí nghiệm vào sử dụng trong cuộc sống
hàng ngày không hề đơn giản. Hầu hết các vật liệu giàu hydro đều ở dạng rắn
trong điều kiện nhiệt độ phòng hoặc chúng chỉ trở thành chất lỏng trong điều kiện
khắc nghiệt như áp suất cao hoặc nhiệt độ đóng băng. Ngay cả các vật liệu như
amoniac boran, hợp chất rắn giàu hydro có thể tích trữ nhiều hydro, cũng gặp
khó khăn vì chúng chỉ giải phóng hydro khi được đun nóng và thường tạo ra các sản
phẩm phụ ngoài mong đợi.
Việc tạo ra một chất lỏng giàu
hydro ổn định ở nhiệt độ bình thường có thể giúp việc lưu trữ và vận chuyển
hydro dễ hơn nhiều. Trên thực tế, các nhà khoa học đã nỗ lực cải thiện lưu trữ
hydro bằng cách thay đổi thành phần hóa học của các vật liệu hiện có hoặc bổ
sung các chất hỗ trợ giải phóng hydro dễ dàng hơn.
Dung môi eutectic sâu (DES), là hỗn
hợp nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn so với các thành phần của chúng, rất triển vọng.
DES cần thiết để lưu trữ hydro vì có thể biến các vật liệu rắn giàu hydro thành
chất lỏng dễ xử lý ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có
DES nào trong số này sử dụng các thành phần hydride, đặc biệt giàu hydro và có
thể mở ra những cách mới để lưu trữ nhiều hydro dạng lỏng hơn.
Các nhà khoa học tại Đại học
Kyoto đã phát triển mẫu vật liệu DES đầu tiên dựa trên hydride: một chất lỏng
giàu hydro trong suốt, ổn định và duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng. DES
mới chứa đến 6,9% hydro tính theo trọng lượng, vượt qua một số mục tiêu kỹ thuật
về lưu trữ hydro, bao gồm cả những mục tiêu do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đặt ra cho
năm 2025.
Để tạo ra DES mới, các nhà nghiên
cứu đã trộn amoniac borane và tetrabutylammonium borohydride với tỷ lệ khác
nhau để xác định hỗn hợp có thể duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng. Tỷ lệ
phù hợp (từ 50% đến 80% amoniac borane) đã tạo ra một chất lỏng ổn định, duy
trì trạng thái vô định hình, nghĩa là nó không hình thành tinh thể trở lại ngay
cả trong điều kiện nhiệt độ lạnh.
Thông qua sử dụng phương pháp
quang phổ, nhóm nghiên cứu nhận thấy các phân tử đã hình thành liên kết hydro mạnh,
phá vỡ cấu trúc rắn thông thường và giữ hỗn hợp ở trạng thái lỏng trong điều kiện
nhiệt độ dưới -50°C. Theo các kết quả thử nghiệm, chất lỏng mới có thể giải
phóng hydro khi được đun nóng đến nhiệt độ chỉ 60°C, thấp hơn nhiều so với hầu
hết các chất rắn giàu hydro. Điều này có nghĩa là hydro có thể được tiếp cận dễ
dàng và hiệu quả hơn, giúp việc lưu trữ và sử dụng trở nên thiết thực hơn nhiều
cho các ứng dụng thực tế.
Trộn amoniac borane với
tetrabutylammonium borohydride tạo ra một chất lỏng mới giàu hydro, không kết
tinh trong điều kiện bình thường. Quá trình chuyển đổi thủy tinh, tức là khi chất
lỏng chuyển sang dạng thủy tinh, xảy ra ở mức nhiệt -50°C, thấp hơn nhiều so với
điều kiện hàng ngày của chúng ta.
Hỗn hợp này ổn định trong nhiều
tuần nếu được lưu giữ khô và mật độ hỗn hợp thấp nhất so với các chất lỏng
tương tự. Khi được đun nóng, nó giải phóng khí hydro nguyên chất ở nhiệt độ
tương đối thấp mà sinh ra nhiều tạp chất. Chỉ có phần amoniac borane bị phân hủy
trước, nghĩa là một phần hỗn hợp có thể được tái sử dụng.
Hệ thống DES mới giúp việc lưu trữ
và vận chuyển hydro đơn giản và an toàn hơn nhiều. Thay vì dựa vào các bình chứa
áp suất cao hoặc chất lỏng siêu lạnh, các ngành công nghiệp có thể sử dụng các
chất vận chuyển hydro ổn định, dễ xử lý ở nhiệt độ phòng.
Ngoài lưu trữ hydro, hệ thống DES
có thể cho ra đời các chất lỏng được điều chỉnh cho mục đích sử dụng đa dạng
như sản xuất hóa chất hoặc năng lượng xanh. Phát hiện nghiên cứu mở ra những hướng
đi mới cho cả nghiên cứu hydro và công nghệ năng lượng thực tế.
Theo: https://www.vista.gov.vn/