Các nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis (Hoa Kỳ) vừa phát triển một loại xúc tác mới có độ bền cao, cho phép sản xuất hydro sạch mà không cần sử dụng các kim loại platinum đắt đỏ. Bước tiến này được kỳ vọng sẽ giúp hydro tái tạo trở nên rẻ hơn, hiệu quả hơn và dễ mở rộng quy mô sản xuất.

Hydro được xem là một trong những giải pháp năng lượng sạch quan trọng cho tương lai, có thể đóng vai trò chất mang năng lượng và phục vụ nhiều ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất. Tuy nhiên, nhiều công nghệ hydro sạch hiện nay vẫn có chi phí cao do phụ thuộc vào nhóm kim loại platinum (PGM), đồng thời đòi hỏi hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả. Đây là một trong những rào cản lớn khiến hydro sạch khó cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch.

Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Gang Wu tại Trường Kỹ thuật McKelvey dẫn đầu đã phát triển một xúc tác mới dành cho thiết bị điện phân nước màng trao đổi anion (AEMWE). Công nghệ này sử dụng điện từ các nguồn tái tạo như mặt trời, gió và thủy điện để tách nước thành hydro và oxy, tạo ra hydro sạch trong quá trình vận hành.

Điểm cốt lõi của nghiên cứu nằm ở việc kết hợp hai vật liệu phosphide là rhenium phosphide (Re2P) và molybdenum phosphide (MoP), tạo nên một hệ xúc tác có hiệu quả cao trong phản ứng tạo hydro. Thành phần rhenium hỗ trợ quá trình hấp phụ và giải phóng hydro trên bề mặt xúc tác, trong khi molybdenum thúc đẩy quá trình phân tách phân tử nước trong môi trường điện ly kiềm.

Khi kết hợp xúc tác mới với cực dương niken-sắt, hệ thống đã cho hiệu năng vượt nhiều xúc tác hàng đầu hiện nay, bao gồm cả các vật liệu dựa trên PGM. Đặc biệt, xúc tác này có thể vận hành liên tục hơn 1.000 giờ ở mật độ dòng điện cấp công nghiệp từ 1 - 2 ampe/cm², thuộc nhóm cực âm không chứa platinum có độ bền cao nhất hiện nay dành cho thiết bị điện phân nước màng trao đổi anion. Nhóm nghiên cứu cũng ghi nhận hệ xúc tác mới có điện trở thấp nhất trong dải điện thế khảo sát, cho thấy động học hấp phụ hydro diễn ra rất nhanh.

Mặc dù các thí nghiệm hiện mới được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục đánh giá khả năng mở rộng công nghệ cho ứng dụng công nghiệp. Thành tựu này được xem là bước tiến quan trọng giúp hydro xanh tiến gần hơn tới khả năng ứng dụng thực tế trong công nghiệp nặng và lưu trữ năng lượng tái tạo.

N.P.A (NASTIS), theo Washington University in St. Louis