Hydro là nguyên liệu thô cần thiết cho cả nông nghiệp và công nghiệp, nhưng 95% hydro được sản xuất trên thế giới hiện nay là "đen" hoặc "xám" do được sản xuất từ ​​than đá hoặc khí tự nhiên, xả thải vào môi trường 9-12 tấn carbon dioxide cho mỗi tấn hydro.

Sản xuất hydro xanh bằng điện phân với chất xúc tác sinh học, sử dụng năng lượng tái tạo. Ảnh Tech Xplore

 Tech Xplore, dẫn báo cáo khoa học trên tạp chí Carbon Energy cho biết: Phương pháp mới được nghiên cứu sinh TS Itzhak Grinberg và TS Oren Ben-Zvi phát triển, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GS Iftach Yacoby thuộc Khoa Khoa học Đời sống của Trường Khoa học Thực vật và An ninh lương thực và GS Lihi Adler-Abramovich của Trường Nha khoa và Trung tâm Khoa học Nano và Công nghệ Nano.

Phương pháp mới sản xuất hydro là sử dụng chất xúc tác sinh học. Enzyme sở hữu nhiều ưu điểm của chất xúc tác sinh học, có hiệu quả cao và khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn. Nhờ đó, các enzyme được sử dụng làm chất xúc tác phản ứng phân tách nước thành hydro và ô xy với năng suất cao, tiết kiệm chi phí và cho phép mở rộng sản xuất trong những điều kiện ôn hòa.

Những kết quả nghiên cứu đầy hứa hẹn được công bố trên tạp chí Carbon Energy ngày 11/7, tập trung vào những vật liệu và công nghệ tiên tiến để sản xuất năng lượng sạch và giảm phát thải CO2.

Nghiên cứu sinh TS Itzhak Grinberg giải thích: "Hydro rất hiếm trong khí quyển, mặc dù được tạo ra từ enzyme trong các vi sinh vật, sử dụng năng lượng thu được từ quá trình quang hợp. Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi “điện khí hóa” những enzyme đó, nghĩa là sử dụng một điện cực polymer cung cấp năng lượng thay cho ánh sáng mặt trời. Kết quả chúng tôi đã sáng tạo một quy trình đặc biệt hiệu quả, không yêu cầu những điều kiện khắc nghiệt, có thể sử dụng điện từ những nguồn năng lượng tái tạo như pin điện mặt trời hoặc điện gió. Nhưng các enzyme thường “chạy” khỏi các hạt điện tích, vì vậy cần được giữ cố định bằng giải pháp xử lý hóa học. Chúng tôi đã tìm ra một phương pháp đơn giản và hiệu quả để gắn enzyme vào điện cực và sử dụng để sản xuất hydro xanh."

Nhóm nhà nghiên cứu đã sử dụng hydrogel (gel gốc nước) gắn enzyme vào điện cực polymer, nhờ đó có thể sản xuất hydro xanh bằng phương pháp sử dụng chất xúc tác sinh học với hiệu suất trên 90%. Điều đó có nghĩa là, hơn 90% electron được đưa vào hệ thống được gắn vào nguyên tử hydro mà không có bất kỳ quá trình thứ cấp sản xuất các sản phẩm phụ nào khác.

 Sơ đồ chuẩn bị điện cực polymer cho phân tách nước, điện cực trước khi điện phân được nhũng vào gel chứa enzyme. Ảnh: Tạp chí Năng lượng Carbon (2023).

GS Iftach Yacoby giải thích: "Vật liệu gel đã được thế giới biết đến, nhưng sự đổi mới công nghệ là sử dụng hydrogel để tạo ra hydro. Trước khi thực hiện điện phân, chúng tôi ngâm điện cực polymer vào trong gel, loại gel này có chứa một loại enzyme để sản xuất hydro, được gọi là hydroase. Gel sẽ giữ enzyme trong điện cực polymer một thời gian dài, ngay cả dưới điện áp và sản xuất hydro với hiệu quả cao trong điều kiện môi trường thuận lợi cho enzyme, ví dụ như trong nước muối, khác với quá trình điện phân thông thường cần nước cất."

GS Lihi Adler-Abramovich giải thích thêm: "Một ưu điểm khác là gel tự lắp ráp, chỉ cần cho vật liệu vào nước và vật liệu sẽ lắng thành các sợi nano tạo thành gel. Chúng tôi đã thí nghiệm và chứng minh được, những sợi nano này dính enzyme vào điện cực. Chúng tôi đã thử nghiệm gel với hai enzyme khác ngoài hydroase, kết quả cho thấy gel cũng có thể gắn những enzyme khác nhau vào điện cực."

TS Oren Ben-Zvi nói: "Ngày nay, hydro “xanh” được sản xuất chủ yếu bằng quá trình điện phân, đòi hỏi chất xúc tác bằng những kim loại quý hiếm như bạch kim và quá trình chưng cất nước, khiến hydro xanh đắt hơn gấp 15 lần so với hydro “xám” gây ô nhiễm môi trường. Chúng tôi hy vọng trong tương lai, có thể sử dụng phương pháp này trong sản xuất hydro thương mại, giảm chi phí sản xuất thấp hơn “hydro xám” để thế giới sử dụng hydro xanh như một nguồn năng lượng sach trong công nghiệp, nông nghiệp và giao thông vận tải."