Vật liệu nano – kỷ nguyên mới của công nghệ sản xuất nhiên liệu

Theo kết quả nghiên cứu của UNEP (United nations Environment programme – chương trình liên hợp quốc về các vấn đề liên quan đến môi trường) trong vòng 2 thập kỉ gần đây, thế giới phải hành động gấp để ngăn chặn nguy cơ cạn kiệt tài nguyên và các hậu quả kéo theo. Do đó, việc đi tìm các nguồn năng lượng mới thay thế cho những nguồn năng lượng truyền thống đang là một đề tài hết sức nóng bỏng trên toàn thế giới.

Bên cạnh việc khai thác sâu các nguồn năng lượng tự nhiên như pin mặt trời, vật liệu nano được các chuyên gia đánh giá rất có tiềm năng trong việc thay thế một số loại nhiên liệu truyền thống và công nghiệp sản xuất nhiên liệu. Cái tên "na nô" đã nói lên sự độc đáo của vật liệu này: chỉ 100 na nô mét cả về chiều dài, chiều rộng và chiều cao. Vật liệu nano được đánh giá là chất xúc tác tuyệt vời cho các phản ứng hóa học diễn ra trong pin nhiên liệu (fuel cell) – loại pin tạo ra điện năng từ các phản ứng hóa học. Nhờ kích thước độc đáo, cùng tỉ số "bề mặt-thể tích" lý tưởng, vật liệu nano giúp các phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn. Bên cạnh đó, vật liệu nano cũng chứng minh được tính bền vững – một tính chất rất quan trọng của chất xúc tác trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu. Hơn nữa, với cùng một phản ứng hóa học, sẽ tốn ít chất xúc tác hơn khi sử dụng vật liệu nano.

Platium - vật liệu được cho là quá "xa xỉ" để làm xúc tác công nghiệp

Hiện tại, vật liệu nano được sử dụng để thay thế cho một chất xúc tác "sang chảnh" vốn đã sử dụng từ rất lâu trong ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu. Sở dĩ người ta chọn Platium để làm xúc tác bởi chúng cũng đáp ứng 2 tiêu chí xúc tác trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu: hiệu quả cao và ổn định. Không chỉ dừng lại ở đó, Platium là kim loại quý bởi chúng rất khan hiếm trên thị trường. Nhờ một số đặc thù mà Platium là nguyên liệu để chế tạo ra những món đồ trang sức với tính thẩm mỹ cao. Với tất cả những lý do trên, nếu sử dụng Platium làm xúc tác công nghiệp thì việc "chi đậm" là điều không thể tránh khỏi.

Thay vào đó, nếu sử dụng xúc tác làm bằng vật liệu nano, mức giá phải trả cho các nhà máy công nghiệp cũng sẽ "mềm" hơn rất nhiều. Gần đây, nhóm nghiên cứu đến từ trường đại học Brown đã khám phá ra chất xúc tác có thành phần là vật liệu phân tử na nô Cô ban (cobalt nanoparticles), có thể đem lại hiệu quả như Platium và thậm chí còn bền hơn. Chất xúc tác Cô ban này cũng rất rẻ và sẵn có. Biết đâu khi chất xúc tác Cô ban này được ứng dụng rộng rãi, platinum có lẽ chỉ chuyên dành cho sản xuất đồ trang sức và phái đẹp cũng dễ dàng sở hữu những món đồ sang trọng với chi phí bình dân hơn.

Không chỉ dừng lại ở việc thay thế Platium, Xúc tác Cô ban nói riêng, hay xúc tác làm từ vật liệu na nô nói chung, được dự đoán sẽ giúp sản xuất được nhiều "pin nhiên liệu" hơn, góp phần thay thế dần các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Biết đâu trong tương lai, câu nói đùa "mua xăng rẻ hơn mua Lavie" sẽ trở nên phổ biến một khi "xúc tác từ vật liệu na nô" được ứng dụng rộng rãi.

Minh họa - Pha trộn vật liệu nano có thể giúp tiết kiệm nhiên liệu

Một ứng dụng tiêu biểu khác của vật liệu nano trong ngành công nghiệp chế tạo nhiên liệu là việc pha trộn Xê ri (Cerium - một loại vật liệu na nô khác) vào nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong. Đây là kết luận của nhóm nghiên cứu đến từ hiệp hội bảo vệ môi trường Mỹ EPA (United State Environmental Protection Agency). Theo đó, sự pha trộn Xê ri vào nhiên liệu đốt khiến cho hiệu quả của động cơ đốt trong được cải thiện đáng kinh ngạc. Xê ri góp phần làm cho việc ô xi hóa các bon ở nhiệt độ thấp hơn so với các động cơ dầu diesel thông thường. Điều này có nghĩa là tốn ít nhiên liệu hơn, ít khí thải hơn và việc sử dụng nhiên liệu mới này sẽ góp phần bảo vệ môi trường.

Việc đưa loại nhiên liệu mới này vào ứng dụng rộng rãi vẫn là "con dao 2 lưỡi" và con người vẫn cầm đằng lưỡi nhiều hơn. Nguyên nhân là do một khi con người hít phải khí thải này, Xê ri rất dễ đi từ phổi vào thận, qua đó làm giảm chức năng thận. Việc xử lý khí thải này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu. Tuy nhiên không vì thế mà giới khoa học chối bỏ một sự thật: "vật liệu na nô hứa hẹn sẽ mang lại một gương mặt mới cho ngành công nghiệp khí đốt" bởi công nghệ vẫn đang phát triển như vũ bão từng ngày.

Tham khảo: Howstuffworks

>>5 công nghệ khoa học sẽ làm thay đổi thế giới trong năm 2015