Tàu chiến chạy bằng nhiên liệu từ nước biển - tương lai không còn xa vời

Nếu ai đó cho rằng trong tương lai tàu bè hay máy bay sẽ chạy bằng nước, chắc hẳn bạn sẽ cho  rằng đó chỉ là viễn tưởng. Nhưng giờ đây điều đó hoàn toàn đã trở thành hiện thực khi các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ (NRL) đã tìm ra cách để biến nước biển thành nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho tàu chiến dựa trên ý tưởng trích xuất carbon dioxide và hydro từ nước biển và sau đó chuyển đổi chúng thành nhiên liệu cho động cơ tubin phản lực bằng một quy trình đặc biệt. Nếu cách tiếp cận này có tính khả thi cao, tàu hải quân Mỹ trong tương lai sẽ tự nạp nhiên liệu ngay trên biển.

 

 

Theo thống kê mỗi năm 15 tàu cấp nhiên liệu của Hải quân Mỹ vận chuyển khoảng 600 triệu gallon (2270000000 lít) nhiên liệu để cấp nhiên liệu cho các tàu chiến thực hiện nhiệm vụ trên các đại dương trên toàn thế giới. Vấn đề hậu cần này đang thực sự phải đối mặt với nhiều thách thức khi nước Mỹ ngày càng phụ thuộc nhiên liệu vào các quốc gia đối địch. Vì thế nếu các hạm đội của Mỹ có thể tự “kiếm” được nhiên liệu ngay khi đang di chuyển làm nhiệm vụ thì quả thực đây là một lợi thế vô cùng lớn cả về ý nghĩa kinh tế và quân sự.

 

Nước biển chứa khoảng 3% lượng khí carbon trong các dạng của axit cacbonic hòa tan là carbonate và bicarbonate. Lượng khí này có trong nước biển ở mức 140% nếu so với không khí. Trong khi đó hydro có mặt sẵn trong nước, cho nên hoàn toàn có thể tạo ra hydrocarbon ngay trên biển miễn là có giải pháp công nghệ phù hợp.

 

 

Theo nghiên cứu hóa học Tiến sĩ Heather Willauer, cách tiếp cận của NRL dựa trên công nghệ đã có sẵn trước đó: "Quá trinh khử và hydro hóa khí CO2 để tạo thành các hydrocacbon được thực hiện bằng cách sử dụng một chất xúc tác đó tương tự như trong quy trình Fischer-Tropsch về khử và hydro hóa carbon monoxide. Bằng cách thay đổi thành phần bề mặt của chất xúc tác sắt trong lò phản ứng cố định. NRL đã thành công cải thiện hiệu suất chuyển đổi CO2 lên đến 60%."

 

Quy trình tổng hợp Fischer-Tropsch được phát minh bởi Franz Fischer và Hans Tropsch ở Đức trong những năm 1920. Họ đã chứng minh được có thể chuyển đổi than, khí tự nhiên hoặc sinh khối thành nhiên liệu với sắt hoặc một số chất xúc tác khác và quy trình này được sử dụng thương mại ở những nước có nguồn than đá dồi dào, nhưng ít dầu mỏ. Mặc dù bị đánh giá là không hiệu quả và tốn kém, Bộ Quốc phòng Mỹ vẫn dành sự quan tâm đến quy trình này từ nhiều năm qua.

 

NRL bắt đầu quy trình này bằng cách tách chiết khí cacbonic và hydro từ nước biển. Để làm điều này, họ sử dụng một loại pin axit điện hóa 3 ngăn. Khi nước biển đi qua thiết bị, sẽ có dòng điện nhỏ phát ra và làm cho nước biển trao đổi ion hydro được sản sinh ở anode với các ion natri. Kết quả là, nước biển được axit hóa. Trong khi đó, ở cực âm (cathode), nước biến thành khí hydro và natri hydroxide được hình thành. Các pin này khôi phục lại giải thể và bị ràng buộc carbon dioxide tái cân bằng carbonate và bicarbonate khí carbon dioxide từ nước biển axit hóa. Các sản phẩm cuối cùng là hydro và khí carbon dioxide. Sản phẩm phụ natri hydroxide được thêm vào nước biển còn sót lại để trung hòa tính axit.

 

 

Ở bước tiếp theo, hydro và carbon dioxide bơm vào một buồng phản ứng nhiệt với một chất xúc tác gốc sắt. Các chất khí kết hợp và tạo thành các hydrocacbon không no chuỗi dài và sản phẩm phụ là metan. Các hydrocarbon không bão hòa sau đó bị oligome hóa, nói cách khác chúng tạo thành các phân tử hydrocarbon dài hơn chứa 6-9 nguyên tử cacbon. Sử dụng một chất xúc tác chứa niken, những hợp chất này được chuyển đổi thành nhiên liệu máy bay phản lực.

 

Quá trình này đang trong giai đoạn thử nghiệm trong điều kiện đại dương ở Vịnh Mexico, và NRL hiện đang làm việc để cải tiến quy trình và nâng quy mô sản xuất dần tới mức thực tế. Chi phí ước tính để sản xuất ra nhiên liệu là khoảng 3 đến 6 USD cho mỗi gallon ( tức 0,79 – 1,58 USD mỗi lít). Đây thực sự là một vấn đề vì giá hiện nay của mỗi gallon nhiên liệu cho động cơ phản lực là 3,3 USD (0,87 USD mỗi lít) đồng nghĩa với sản phẩm của NRL đắt gấp đôi giá thành nhiên liệu hiện tại.

 

Một vấn đề khác là quá trình dựa trên quy trình Fischer-Tropsch tốn rất nhiều năng lượng và không hiệu quả nên đẩy giá thành sản xuất lên cao. Ngoài ra, các sản phẩm cuối cùng cực kì tinh khiết lại làm nảy sinh một số vấn đề về bôi trơn và hàn gắn bên trong động cơ. Bất chấp một số vấn đề còn đang tồn tại, nghiên cứu này đã mở ra hướng đi mới giúp bảo đảm nhiên liệu trên đại dương, trong tình trạng khủng hoảng nhiên liệu có thể xảy ra.