Phát triển lò phản ứng hydro hút nước biển có thể cấp năng lượng cho tàu ngầm trong 30 ngày

Hydro là yếu tố quan trọng trong quá trình khử carbon sản xuất năng lượng – nó đốt cháy sạch, giàu năng lượng và khi sử dụng trong pin nhiên liệu, sản phẩm phụ duy nhất là nước. Nhưng rào cản lớn là nó khó lưu trữ và vận chuyển, vì các phân tử nhỏ có xu hướng rò rỉ qua các thùng chứa và đường ống. Điều đó không chỉ gây ra tổn thất mà lượng hydro dư thừa còn có thể gây ra thảm họa trong khí quyển.

Nhưng các hệ thống tương lai dựa trên kỹ thuật mới của MIT có thể sản xuất hydro theo yêu cầu ngay tại xe. Thứ duy nhất cần phải vận chuyển và lưu trữ là viên nhôm, ổn định hơn nhiều và dễ sử dụng hơn.

Trong các thử nghiệm, một viên nhôm chỉ nặng 0,3 g (0,01 oz) được đặt trong nước sạch, khử ion đã tạo ra 400 ml hydro chỉ trong năm phút. Khi mở rộng quy mô, nhóm nghiên cứu ước tính một gam viên nhôm có thể tạo ra 1,3 L (0,3 gal) hydro đáng kinh ngạc trong năm phút.

Kỹ thuật này dựa trên phản ứng hóa học khá đơn giản: nhôm phản ứng rất mạnh với oxy. Vì vậy, khi nhúng vào nước nó nhanh chóng tách O ra khỏi H2O, để lại hydro phân tử để sủi bọt. Vấn đề là, quá trình này thường không kéo dài lâu. Khi nó xảy ra, một lớp mỏng oxit nhôm tích tụ trên bề mặt kim loại, ngăn không cho nhôm nguyên chất bên dưới tương tác với oxy thêm nữa.

Các nhà nghiên cứu MIT Aly Kombargi (trái) và Niko Tsakiris (phải) với lò phản ứng hydro mới của họ.

Các nghiên cứu trước đây phát hiện ra rằng việc trộn lẫn các kim loại khác như gali có thể tháo phanh, bằng cách phá vỡ lớp nhôm oxit khi nó hình thành. Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu đã xử lý trước các viên nhôm bằng hợp kim gali và indi, cho phép phản ứng kéo dài hơn.

Một nhược điểm tiềm ẩn là gali và indi rất hiếm và đắt. Nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thực hiện phản ứng trong dung dịch ion khiến hợp kim kết tụ lại thành một dạng có thể múc ra và tái sử dụng. Thuận tiện là nước biển là dung dịch ion.

Vấn đề tiếp theo là phản ứng diễn ra chậm hơn nhiều trong nước biển, mất khoảng hai giờ để tạo ra lượng hydro mà nước ngọt mất năm phút để tạo ra. Thông qua thử nghiệm, một thành phần cuối cùng đáng ngạc nhiên đã xuất hiện để giải cứu. Khi nhóm nghiên cứu cho thêm một ít bã cà phê cũ, phản ứng tăng tốc đáng kể, chỉ còn năm phút. Khi kiểm tra kỹ hơn, chìa khóa được xác định là imidazole, một hợp chất trong caffeine.

Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng công thức của họ tạo thành cơ sở cho một lò phản ứng hydro thực tế có thể đặc biệt hữu ích để cung cấp năng lượng cho các phương tiện trên biển. “Điều này rất thú vị đối với các ứng dụng hàng hải như thuyền hoặc phương tiện dưới nước vì bạn không phải mang theo nước biển. Chúng tôi cũng không phải mang theo một thùng hydro. Thay vào đó, chúng tôi sẽ vận chuyển nhôm làm nhiên liệu và chỉ cần thêm nước để sản xuất hydro mà chúng tôi cần”, Aly Kombargi, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

An Hạ