Nghiên cứu đột phá trong việc đưa công nghệ sản xuất Amoniac xanh đến gần hơn với nhiều ứng dụng trong thực tế

16:56, 15/08/2022

Giáo sư hóa học Doug MacFarlane tại đại học Monash đã phát hiện ra rằng khí amoniac (NH3) có khả năng được tạo ra trực tiếp từ khí nitơ (N2) vốn chiếm 78% trong không khí cộng với hydro (H) từ nước uống. Nếu nguồn điện được sử dụng để tạo ra amoniac đến từ các nguồn tái tạo, thì amoniac sẽ “xanh” hơn, hoặc không chứa cacbon. Điều này có nghĩa rằng loại phân bón quan trọng nhất trên Trái đất, có ảnh hưởng đến việc gia tăng sản lượng nông nghiệp, cho phép hành tinh duy trì dân số hiện tại, có thể được tạo ra một cách bền vững.

Hầu hết amoniac được sản xuất trong các nhà máy lớn, sử dụng một quy trình do các chuyên gia người Đức là Fritz Haber và Carl Bosch, nghĩ ra cách đây hơn một thế kỷ. Các nhà máy amoniac của Haber và Bosch tạo ra khoảng 1,8% lượng khí thải nhà kính toàn cầu.Giáo sư MacFarlane cùng hai cộng sự, Alexandr Simonov và Bryan Suryanto, đã phát triển một phương pháp sản xuất amoniac xanh có tiềm năng khiến cho các nhà máy của Haber và Bosch trở nên lỗi thời. Quy trình mới có nét tương đồng với phương pháp điện phân để sản xuất hydro.

 

Amoniac xanh có thể thay thế được các nhiên liệu hóa thạch “trong hầu hết mọi ứng dụng”, Giáo sư MacFarlane cho biết. (Điều này lần đầu tiên được chứng minh trong Thế chiến II ở Bỉ, khi mà xe buýt của người Bỉ được điều chỉnh để chạy bằng amoniac lỏng). Tổ chức Hàng hải Quốc tế đã ra chỉ thị yêu cầu lượng khí thải carbon từ nhiên liệu hàng hải phải được cắt giảm xuống một nửa vào năm 2050. Có thể hiểu rằng amoniac đang là ứng cử viên hàng đầu để thay thế dầu diesel thông thường. Giáo sư MacFarlane cho biết ô tô, xe buýt và thậm chí cả máy bay phản lực cũng có thể chạy bằng amoniac. Trong động cơ, amoniac hoạt động tương tự như LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng).

Tiến sĩ Suryanto đã tạo ra bước đột phá về amoniac xanh vào năm 2020, trong giai đoạn giãn cách xã hội kéo dài tại  Melbourne. Ông được giao nhiệm vụ đặc biệt trong dự án hợp tác giữa đại học Monash và công ty Verdant để nghiên cứu sản xuất chất tẩy từ nước mặn bằng phương pháp điện phân. Thuốc tẩy có thể được sử dụng để khử trùng bề mặt, và dung dịch kiềm được tạo ra cũng có thể được sử dụng để rửa tay. Theo giáo sư MacFarlane, dung dịch này sẽ lành tính với làn da hơn so với xà phòng và thường được sử dụng phổ biến trong bệnh viện. Các sản phẩm trên đều cần thiết trong các trường hợp dịch bệnh COVID khẩn cấp.

Trong quá trình hợp tác với Verdant, Tiến sĩ Suryanto cũng đã tiến hành các thí nghiệm đánh giá muối photphonium, một loại chất lỏng ion mà Giáo sư MacFarlane đã dành cả sự nghiệp của mình để nghiên cứu, có thể được sử dụng để tạo ra amoniac xanh bằng cách điện phân hay không. Những nỗ lực trước đây để sản xuất ra amoniac xanh chỉ có thể tạo ra một lượng amoniac nhỏ, không đủ để thương mại hoá.

Muối photphonium, kết quả rất đáng ngạc nhiên

Tiến sĩ Suryanto đã rất ngạc nhiên khi nhận ra muối photphonium có thể “sản xuất ra amoniac ở nhiệt độ phòng, với tốc độ và hiệu suất cao”. Cả Giáo sư MacFarlane và người đồng nghiên cứu, Tiến sĩ Alexandr Simonov đều không có mặt trong khuôn viên trường để chia sẻ sự phấn khích này. Tiến sĩ Suryanto phải thông báo tin tức về bước đột phá của mình thông qua liên kết máy tính.

Giáo sư MacFarlane cho biết: “Công nghệ này mở ra nhiều khả năng từ việc mở rộng quy mô trong tương lai đến việc sản xuất hàng loạt để xuất khẩu, kèm theo việc gắn liền với việc ứng dụng năng lượng mặt trời và gió". Nhật Bản và Hàn Quốc đã bày tỏ sự quan tâm đến việc nhập khẩu amoniac xanh để thay thế nhiên liệu hóa thạch. Nhưng hiện tại, trọng tâm ban đầu của công ty sẽ là sản xuất phân bón.

Một lợi thế của amoniac xanh so với amoniac được sản xuất tại nhà máy Haber và Bosch là “chúng ta chỉ cần các nhà máy sản xuất rất nhỏ". Chúng ta không cần lắp đặt những máy móc khổng lồ. Mô hình máy này có thể chỉ nhỏ tương đương một chiếc iPad dày, và vẫn có thể tạo ra một lượng nhỏ amoniac để vận hành một nhà kính thương mại hoặc thiết lập thủy canh.  Điều đó có nghĩa là việc sản xuất phân bón phân tán trở nên khả thi, bởi vì đơn vị sản xuất amoniac rất nhỏ và được xây dựng vô cùng đơn giản. Nghiên cứu về amoniac của nhóm Monash đã được Cơ quan Năng lượng Tái tạo Úc (ARENA) tài trợ.

Không phải cứ xanh hoàn toàn là tốt

Amoniac xanh không phổ biến nhiều bằng hydro xanh, nhưng vẫn là một chất thay thế thực tiễn cho nhiên liệu hóa thạch nhờ vào đặc tính khó bắt lửa và sự hiện diện của cơ sở hạ tầng vận chuyển amoniac, điều này phải kể đến mạng lưới toàn cầu của các nhà máy Haber và Bosch, cùng các tàu thuyền trong hệ thống của họ. Tuy nhiên, việc sử dụng amoniac xanh bừa bãi cũng có một bất lợi tiềm ẩn.

Việc lạm dụng phân bón tổng hợp trong hơn 100 năm qua đã gia tăng đáng kể mức độ tiếp xúc của Trái Đất với các hợp chất nitơ. “Mức độ tiếp xúc của Trái Đất với các hợp chất nitơ đã tăng khoảng hai lần so với 200 năm trước,” Giáo sư MacFarlane cho biết. NOx là một thuật ngữ chung để chỉ các oxit nitơ gây ô nhiễm bầu khí quyển. Phân bón lỏng, dưới dạng nitrat, là chất gây ô nhiễm cho sông và biển. Phân bón lỏng trải qua một số quá trình khi ở trong đại dương, và cuối cùng được thải trở lại bầu khí quyển dưới dạng khí N2 [nitơ]. Nhưng một số trong các chu kỳ đó, và một số vật chất trung gian liên quan đến nitơ trong đại dương có chu kỳ bán rã rất dài, đến hơn 100 năm. Điều này có nghĩa là tác dụng lâu dài của chúng vẫn chưa được biết đến.

H.M (Theo lens.monash.edu)



.
1