Sản xuất nhiên liệu pin mặt trời từ nước biển

Đây là phương pháp sản xuất H2O2 bằng chất quang xúc tác đầu tiên đạt được hiệu suất đủ cao để H2O2 có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu.

“H2O2, nhiên liệu cho pin mặt trời, đã được sản xuất từ nước biển, nguồn tài nguyên có dồi dào nhất trên Trái”, Fukuzumi, nhà khoa học dẫn dắt nghiên cứu, cho biết.

Ưu điểm lớn nhất của việc sử dụng H2O2 lỏng thay cho hydro ở dạng khí (H2), như hầu hết pin nhiên liệu đang sử dụng hiện nay, đó là H2O2 lỏng có thể được tích trữ và vận chuyển ở mật độ cao dễ dàng và an toàn hơn nhiều trong khi khí H2 thông thường phải được nén hoặc ở mật độ cao, hoặc trong một số trường hợp, được làm lạnh đến trạng thái lỏng ở nhiệt độ lạnh sâu.

Vấn đề là cho đến nay vẫn chưa có phương pháp sản xuất H2O2 lỏng bằng chất quang xúc tác hiệu quả. Có nhiều cách để sản xuất H2O2 mà không cần sử dụng ánh sáng mặt trời, nhưng các phương pháp này đòi hỏi rất nhiều năng lượng do đó chúng không thực tế để sử dụng khi mục đích chính là để sản xuất năng lượng.

Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại pin quang điện hóa mới, về cơ bản là pin năng lượng mặt trời sản xuất H2O2. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào chất quang xúc tác, chất này hấp thụ các photon và sử dụng năng lượng để kích hoạt các phản ứng hóa học (quá trình oxy hóa nước biển và giảm O2) và tạo ra H2O2.

Sau khi pin tiếp xúc với ánh sáng trong vòng 24 giờ, nồng độ H2O2 trong nước biển đạt khoảng 48 mM (Millimolar), cao hơn rất nhiều so với các giá trị được báo cáo trước đó (khoảng 2 mM trong nước tinh khiết). Tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt lớn này, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng clo mang điện tích âm trong nước biển chịu trách nhiệm chủ yếu cho việc tăng cường hoạt tính quang xúc tác và tạo ra nồng độ cao hơn.

Nhìn chung, hệ thống này có tổng hiệu suất sản xuất điện từ năng lượng mặt trời là 0,28%. (Hiệu suất sản xuất H2O2 từ nước biển bằng chất quang xúc tác là 0,55% và hiệu suất của pin nhiên liệu là 50%).

Mặc dù tổng hiệu suất này khá cao so với hiệu suất của một số nguồn sản xuất điện từ năng lượng mặt trời khác, chẳng hạn như cỏ switchgrass (0,2%), nhưng vẫn còn thấp hơn nhiều so với hiệu suất của pin mặt trời thông thường. Các nhà nghiên cứu hy vọng hiệu suất này có thể được cải thiện trong tương lai bằng cách sử dụng vật liệu tốt hơn trong pin quang điện hóa và các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch tìm ra các phương pháp để giảm chi phí sản xuất.

“Trong tương lai, chúng tôi có kế hoạch tiếp tục phát triển phương pháp sản xuất H2O2 từ nước biển ở quy mô lớn và với chi phí thấp”, Fukuzumi nói. “Phương pháp này có thể thay thế cho phương pháp sản xuất H2O2 từ H2 (chủ yếu từ khí tự nhiên) và O2 có chi phí cao”.

N.L.H - NASATI (Theo Phys)