Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Hydrogen là một thành phần quan trọng trong sản xuất hàng ngàn sản phẩm phổ biến từ nhựa đến phân bón, nhưng sản xuất hydro tinh khiết rất tốn kém và tốn nhiều năng lượng. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu đã khai thác ánh sáng mặt trời để cô lập hydro khỏi nước thải công nghiệp, tăng gấp đôi tiêu chuẩn trước đây để tách hydro khỏi nước theo cách có thể mở rộng.
Hydrogen là một thành phần quan trọng trong sản xuất hàng ngàn sản phẩm phổ biến từ nhựa đến phân bón, nhưng sản xuất hydro tinh khiết rất tốn kém và tốn nhiều năng lượng. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Princeton đã khai thác ánh sáng mặt trời để cô lập hydro từ nước thải công nghiệp.
Trong một bài báo xuất bản ngày 19 tháng 2 trên tạp chí Khoa học Năng lượng & Môi trường , các nhà nghiên cứu báo cáo rằng quy trình của họ đã tăng gấp đôi tỷ lệ hiện được chấp nhận cho các công nghệ có thể mở rộng sản xuất hydro bằng cách tách nước.
Kỹ thuật này sử dụng buồng được thiết kế đặc biệt với giao diện silicon đen “Swiss-cheese” để tách nước và cô lập khí hydro. Quá trình này được hỗ trợ bởi vi khuẩn tạo ra dòng điện khi tiêu thụ chất hữu cơ trong nước thải; hiện tại, lần lượt, hỗ trợ quá trình tách nước.
Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Zhiyong Jason Ren, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường và Trung tâm Năng lượng và Môi trường Andlinger, đã chọn nước thải từ các nhà máy bia để thử nghiệm. Họ chạy nước thải qua buồng, sử dụng đèn để mô phỏng ánh sáng mặt trời và quan sát sự phá vỡ các hợp chất hữu cơ và bong bóng hydro.
Quá trình “cho phép chúng tôi xử lý nước thải và đồng thời tạo ra nhiên liệu”, Jing Gu, nhà đồng nghiên cứu và trợ lý giáo sư hóa học và hóa sinh tại Đại học bang San Diego cho biết.
Các nhà nghiên cứu cho biết công nghệ này có thể thu hút các nhà máy lọc dầu và nhà máy hóa chất, thường sản xuất hydro của họ từ nhiên liệu hóa thạch và phải đối mặt với chi phí cao để làm sạch nước thải.
Trong lịch sử, sản xuất hydro đã dựa vào dầu, khí đốt hoặc than đá, và một phương pháp sử dụng nhiều năng lượng liên quan đến việc xử lý trữ lượng hydrocarbon bằng hơi nước. Các nhà sản xuất hóa chất sau đó kết hợp khí hydro với carbon hoặc nitơ để tạo ra các hóa chất có giá trị cao, chẳng hạn như methanol và ammonia. Hai là thành phần trong sợi tổng hợp, phân bón, nhựa và các sản phẩm làm sạch, trong số các hàng hóa khác hàng ngày.
Mặc dù hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu xe cộ, ngành công nghiệp hóa chất hiện là nhà sản xuất và tiêu thụ hydro lớn nhất. Sản xuất hóa chất ở các nước công nghiệp hóa cao đòi hỏi nhiều năng lượng hơn sản xuất sắt, thép, kim loại và thực phẩm, theo báo cáo năm 2016 của Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ. Báo cáo ước tính rằng sản xuất hóa chất cơ bản sẽ tiếp tục là người tiêu dùng năng lượng hàng đầu trong hai thập kỷ tới.
Lu Lu, tác giả đầu tiên của nghiên cứu và là một học giả nghiên cứu tại Trung tâm Andlinger cho biết: “Đó là một tình huống có lợi cho hóa học và các ngành công nghiệp khác”. “Họ có thể tiết kiệm xử lý nước thải và tiết kiệm sử dụng năng lượng của họ thông qua quá trình tạo hydro này.”
Theo các nhà nghiên cứu, đây là lần đầu tiên nước thải thực tế, không phải là dung dịch được chế tạo trong phòng thí nghiệm, đã được sử dụng để sản xuất hydro bằng phương pháp quang xúc tác. Các nhà nghiên cứu cho biết, nhóm nghiên cứu đã sản xuất khí liên tục trong bốn ngày cho đến khi nước thải cạn kiệt, điều này rất có ý nghĩa, bởi vì các hệ thống tương đương sản xuất hóa chất từ nước đã thất bại trong lịch sử sau vài giờ sử dụng. Các nhà nghiên cứu đã đo sản xuất hydro bằng cách theo dõi lượng điện tử do vi khuẩn tạo ra, tương quan trực tiếp với lượng hydro được tạo ra. Phép đo ở mức cao đối với các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tương tự và, Ren cho biết, cao gấp đôi so với các công nghệ có tiềm năng mở rộng quy mô cho sử dụng công nghiệp.
Ren cho biết ông thấy công nghệ này có thể mở rộng được vì buồng được sử dụng để cô lập hydro là mô-đun, và một số có thể được xếp chồng lên nhau để xử lý nhiều nước thải hơn và tạo ra nhiều hydro hơn.
Mặc dù phân tích vòng đời chưa được thực hiện, các nhà nghiên cứu cho biết quá trình này ít nhất sẽ là trung tính năng lượng, nếu không phải là năng lượng tích cực và loại bỏ nhu cầu nhiên liệu hóa thạch để tạo ra hydro.
Các nhà nghiên cứu cho biết họ có thể sẽ thử nghiệm sản xuất một lượng lớn hydro và các loại khí khác trong tương lai, và mong muốn chuyển công nghệ này sang công nghiệp.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Princeton, Trường Kỹ thuật. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :