Sản xuất hydrogen nhanh và rẻ từ phế liệu thực vật

Hydrogen là chất khí lý tưởng để sử dụng cho các loại động cơ ít khí thải hoặc cho ô tô chạy pin nhiên liệu, bởi lẽ khi đốt hydrogen hầu như không tồn tại chất khí nhà kính. Thế nhưng giá thành sản xuất hydrogen lại cao hơn xăng dầu và khoảng 95% lượng hydrogen sản xuất hiện nay lại được làm ra từ nhiên liệu hóa thạch - tức là vẫn có khí thải độc hại.
 

GS. Percival Zhang (phải) và Joe Rollin (trái), hai thành viên của nhóm nghiên cứu công nghệ sản xuất hydrogen từ phế liệu thực vật.

Mới đây các nhà nghiên cứu ở Học viện Công nghệ Virginia (Virginia Tech) tuyên bố họ đã sáng tạo ra phương pháp chế tạo nhiên liệu hydrogen bằng công nghệ sinh học, không những rẻ hơn và nhanh hơn mà còn làm được hydrogen chất lượng cao, hơn nữa toàn bộ nguyên liệu chỉ là thân cây ngô, vỏ và lõi bắp ngô - các phế liệu cây trồng nông nghiệp này có rất nhiều ở khắp nơi và đang cần được tận dụng.

Dự án nghiên cứu nói trên được công ty dầu mỏ Shell tài trợ. Kết quả nghiên cứu đăng trong tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences số gần đây.

Các nhà nghiên cứu đã dùng phương pháp enzyme để phân hủy nguyên liệu, chuyển đổi toàn bộ chất đường trong các phế liệu thực vật đó thành hydrogen và CO₂ nhưng hoàn toàn không thải CO₂ vào khí quyển.

Để sản xuất năng lượng sạch thay thế cho dầu mỏ, hiện nay các nước đều nghiên cứu tìm cách tận dụng các phế liệu từ cây trồng để chế tạo ra hydrogen nguyên chất. Đây là một trong những mục tiêu quan trọng nhất của nền kinh tế xanh. Thế nhưng các phương pháp hiện dùng đều có hiệu suất rất thấp và rất tốn kém; ngoài ra cũng khó tách được hydrogen từ sản phẩm.

Joe Rollin, nghiên cứu sinh tiến sĩ Khoa Các hệ thống sinh học thuộc Virginia Tech, đã sử dụng một bộ quy tắc di truyền chuyên dùng hợp lý để giúp xác định từng phần của quá trình enzyme, qua đó biến phế liệu cây trồng thành hydrogen và CO₂. Rollin cũng chứng minh phương pháp này có khả năng đồng thời kích hoạt hai loại đường tồn tại trong thực vật - glucose và xylose - từ đó đã chi tiết hóa một phương pháp nâng cao tốc độ chế tạo hydrogen.

GS Percival Zhang (cùng Khoa với Rollin) cho biết: khi trộn một dung dịch gồm 10 loại enzyme với nguyên liệu nói trên, các enzyme này sẽ chuyển hóa hai loại đường glucose và xylose thành hydrogen và CO₂.

Ông cho biết: các phương pháp trước đây dùng vi khuẩn lên men hoặc chất xúc tác công nghiệp chỉ có thể chuyển hóa được 30-60% chất đường trong thực vật thành hydrogen, nhưng công nghệ mới do Virginia Tech đề xuất có thể nâng hiệu suất chuyển hóa này lên tới 100%.

“Khi sử dụng công nghệ mới, tất cả các sản phẩm sinh ra đều là chất khí, vì thế có thể dễ dàng tách và thu thập chúng. Trong quá trình ấy chúng tôi thực hiện sự trung hòa carbon và tăng được 17 lần tốc độ phản ứng, nhờ thế giảm được đáng kể giá thành sản xuất. Điều đó có nghĩa là chúng tôi đã tiến được một bước quan trọng nhất trên con đường đi lên nền kinh tế năng lượng hydrogen: sử dụng tài nguyên sinh vật tại chỗ của địa phương để chế tạo năng lượng hydrogen trong nền kinh tế xanh,” theo GS Zhang.

Ngoài ra, xưởng lắp đặt thiết bị chế tạo hydrogen chỉ cần diện tích như một trạm xăng, có thể đặt ngay tại nơi có nguồn nguyên liệu, nhờ thế có thể phân bố rộng rãi các trạm cung cấp nhiên liệu xanh trên phạm vi toàn quốc. GS. Zhang cho biết: “Nếu có đủ kinh phí thì trong vòng 3-5 năm chúng tôi có thể chế tạo được thiết bị nói trên. Mỗi ngày nó có thể sản xuất được 200 kg hydrogen, đủ cung cấp cho 40-50 chiếc ô tô.”