Khai thác sức mạnh của chất rắn sinh học để sản xuất hydro

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học RMIT, Úc đã sử dụng chất rắn sinh học để sản xuất hydro từ nước thải nhờ có công nghệ mới hỗ trợ tái chế hoàn toàn nước thải.

Công nghệ đã được cấp sáng chế này tập trung cải tiến tái chế chất rắn sinh học và khí sinh học – sản phẩm phụ của quy trình xử lý nước thải. Cụ thể, công nghệ sử dụng vật liệu đặc biệt có nguồn gốc từ chất rắn sinh học để kích hoạt các phản ứng hóa học sản xuất hydro từ khí sinh học.

Như vậy, tất cả các nguyên liệu cần để sản xuất hydro có thể được thu gom tại nhà máy xử lý nước thải mà không cần các chất xúc tác đắt tiền. Công nghệ mới cũng giữ lại cacbon có trong chất rắn sinh học và khí sinh học, trong tương lai có thể cho phép khu vực nước thải gần như không phát thải.

PGS. Kalpit Shah, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết các phương pháp thương mại hiện có để sản xuất hydro không chỉ gây phát thải và tốn kém mà còn phụ thuộc nhiều vào khí thiên nhiên. Tuy nhiên, công nghệ mới cung cấp cách tiếp cận bền vững, tiết kiệm chi phí, tái tạo và hiệu quả để sản xuất hydro.

PGS. Shah cho rằng: “Để chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn, chúng ta cần công nghệ cho phép khai thác toàn bộ giá trị từ các nguồn tài nguyên thông thường sẽ bị thải loại. Công nghệ sản xuất hydro mới của chúng tôi dựa vào các vật liệu thải loại có nguồn cung không giới hạn. Bằng cách khai thác sức mạnh của chất rắn sinh học để sản xuất nhiên liệu sạch hoàn toàn từ khí sinh học, đồng thời ngăn chặn phát thải khí nhà kính, chúng tôi có thể đạt được lợi ích môi trường và kinh tế”.

Chất rắn sinh học thường được sử dụng làm phân bón và cải tạo đất nông nghiệp, nhưng khoảng 30% tài nguyên chất rắn sinh học trên thế giới được tích trữ hoặc chuyển đến bãi chôn lấp, gây thách thức đến môi trường.

TS. Aravind Surapaneni, một trong các tác giả cho rằng: Nghiên cứu các ứng dụng mới và có giá trị đối với chất rắn sinh học là rất quan trọng. Ngành xử lý nước thải không ngừng tìm cách phát triển các phương pháp mới để chuyển đổi chất rắn sinh học thành các sản phẩm có giá trị cao theo cách bền vững và có trách nhiệm với môi trường.

Cơ chế hoạt động của công nghệ

Chất rắn sinh học đầu tiên được chuyển đổi thành than sinh học, một dạng than củi giàu cacbon được sử dụng để cải thiện tình trạng của đất. Than sinh học có nguồn gốc từ chất rắn sinh học, chứa một số kim loại nặng, nên trở thành chất xúc tác lý tưởng để sản xuất hydro từ khí sinh học. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã thử nghiệm quy trình này với loại khí giàu mêtan giống như khí sinh học. Kết quả cho thấy than sinh học được tạo ra từ chất rắn sinh học có hiệu quả cao trong việc phân tách khí thành các nguyên tố thành phần gồm hydro và cacbon.

Quá trình phân tách cũng có thể được tiến hành trong lò phản ứng được thiết kế đặc biệt và siêu hiệu quả do RMIT chế tạo và đã được cấp sáng chế, có thể tạo ra cả hydro và than sinh học giá trị cao được phủ vật liệu nano cacbon.

Bằng cách chuyển đổi cacbon có trong khí sinh học và chất rắn sinh học thành vật liệu nano cacbon tiên tiến, công nghệ mới cũng có thể thu giữ và cô lập khí nhà kính để ngăn chặn khí thải vào khí quyển.

Than sinh học phủ vật liệu nano cacbon được sản xuất thông qua kỹ thuật mới có nhiều ứng dụng tiềm năng bao gồm xử lý môi trường, thúc đẩy đất nông nghiệp và dự trữ năng lượng.