Hạt nano đa chức năng để chế tạo nhiên liệu sinh học sạch hơn và rẻ hơn

Phòng thí nghiệm Ames thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phát triển công nghệ tinh chế nhiên liệu sinh học nhanh hơn và sạch hơn, kết hợp nhiều quá trình và sử dụng nguyên liệu phổ biến để làm giảm chi phí.

Các nhà khoa học thuộc Ames Lab đã phát triển một loại hạt nano có khả năng thực hiện hai chức năng xử lý cùng một lúc để sản xuất dầu diesel xanh, một loại nhiên liệu thay thế được chế tạo từ quá trình hiđrô hóa các loại dầu có nguồn gốc từ nguyên liệu tái tạo như tảo. Phương pháp này xuất phát từ một quy trình đã được thiết lập để sản xuất dầu diesel sinh học bằng phản ứng giữa các chất béo và dầu với alcohol.

Theo Igor Slowing, nhà khoa học thuộc nhóm nghiên cứu Ames Lab cho biết, thông thường khi sản xuất diesel sinh học từ một loại nguyên liệu giàu axit béo tự do như dầu tảo (vi tảo), trước tiên chúng ta cần phải tách các axit béo bởi chúng có thể làm hỏng tác dụng của chất xúc tác, sau đó thực hiện các phản ứng xúc tác để sản xuất ra nhiên liệu. Bằng cách thiết kế các hạt nano đa chức năng và chú trọng vào dầu diesel xanh hơn là vào diesel sinh học, chúng ta có thể kết hợp nhiều quy trình thành một quy trình nhanh hơn và sạch hơn. Trái ngược với diesel sinh học, dầu diesel xanh được sản xuất bằng quy trình hidro hóa chất béo và dầu, thành phần hóa học của nó tương tự như dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ. Diesel xanh có nhiều ưu điểm hơn dầu diesel sinh học, như ổn định hơn và có mật độ năng lượng cao hơn.

Nhóm nghiên cứu thuộc Ames Lab bao gồm Slowing, Kapil Kandel, và một số người khác đã thành công trong việc sử dụng các hạt nano cấu trúc meso (mesostructured). Các hạt nano xốp có trật tự cao này chứa các nhóm amin có khả năng thu hút các axit béo và các hạt niken nano làm xúc tác chuyển hóa axit thành diesel xanh. Niken được nghiên cứu rộng rãi trong cộng đồng khoa học bởi nó ít tốn kém hơn đến 2000 lần nếu sử dụng để thay thế cho các kim loại cao cấp thường dùng trong hidro hóa axit béo như platin hay paladi.

Việc chế tạo ra hạt nano chức năng kép cũng giúp cải thiện dầu diesel xanh thu được. Riêng việc sử dụng niken để chuyển hóa nhiên liệu, quy trình này dẫn đến một phản ứng mạnh phá vỡ các chuỗi hidrocacbon. Quy trình "cracking" này tạo ra một sản phẩm có ít tiềm năng hơn nếu sử dụng để làm nhiên liệu.

Nhưng khi các nhà nghiên cứu bổ sung thêm một thành phần đóng vai trò trong cô lập axit béo, quá trình cracking phân tử đã xảy ra và cho kết quả là một chất xúc tác mạnh hơn để chế tạo hiđrocacbon phù hợp để làm nhiên liệu. Theo các nhà nghiên cứu cho biết, các phân tử này còn có tiềm năng sử dụng trong các lĩnh vực dược và thực phẩm.

Không dừng lại ở đó, các nhà nghiên cứu thuộc Ames Lab đã cải tiến quy trình hơn nữa bằng cách sử dụng sắt làm chất xúc tác. Sắt rẻ hơn 100 lần so với niken. Sử dụng sắt còn có thể cải thiện sản phẩm cuối tốt hơn, dẫn đến quá trình chuyển đổi nhanh hơn và làm giảm được sự thất thoát CO2.

"Thực hiện nhiệm vụ của Bộ Năng lượng, chúng tôi chú trọng đến việc nghiên cứu nền tảng khoa học cần thiết để thiết kế quy trình, nhưng công nghệ thu được về nguyên lý có khả năng mở rộng cho quy mô công nghiệp", Igor Slowing cho biết.

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên các Tạp chí ACS Catalysis và Journal of Catalysis.

Theo Vista.gov.vn