Chất xúc tác mới có thể làm cho khí đốt tự nhiên sạch hơn

Khí tự nhiên là nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống sạch nhất vì nó tạo ra một lượng tương đối thấp các chất ô nhiễm như carbon dioxide - một loại khí nhà kính mạnh và là nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu. Nhưng khí nhà kính và các chất ô nhiễm thải ra khi đốt khí tự nhiên có thể giảm hơn nữa với sự trợ giúp của các chất xúc tác tiên tiến giúp hạ nhiệt độ. Đó là khí mê-tan, thành phần lớn nhất của khí tự nhiên - được đốt cháy.

“Chúng ta đốt khí mêtan càng hiệu quả và càng sử dụng ít năng lượng để đốt cháy nó, thì càng ít khí nhà kính và chất ô nhiễm”, Reza Shahbazian-Yassar, giáo sư kỹ thuật cơ khí và công nghiệp tại Đại học Illinois Chicago cho biết.

Shahbazian-Yassar và các đồng nghiệp đã phát triển một chất xúc tác tiên tiến được tạo thành từ 10 nguyên tố khác nhau - mỗi nguyên tố đều có khả năng làm giảm nhiệt độ cháy của mêtan với ôxy. Chất xúc tác độc đáo này có thể làm giảm nhiệt độ cháy của mêtan xuống khoảng một nửa - từ trên 1400 độ Kelvin xuống 600 đến 700 độ Kelvin.

Phát hiện của họ được báo cáo trên tạp chí Nature Catallysis.

Trong nghiên cứu được công bố trước đây, Shahbazian-Yassar và các đồng nghiệp đã chứng minh khả năng tạo ra chất xúc tác hạt nano đa nguyên tố, được gọi là hợp kim entropy cao bằng cách sử dụng kỹ thuật sóng xung kích. Trước đó, các nhà khoa học vật liệu đã không nghiêm túc thực hiện để tạo ra các hạt nano từ nhiều hơn ba nguyên tố vì xu hướng các nguyên tử của mỗi nguyên tố tách ra khỏi nhau và trở nên vô dụng.

Tận dụng lợi thế của hệ thống hiển vi điện tử nhiệt độ cao, thời gian thực duy nhất tại UIC, nhóm của Shahbazian-Yassar đã chỉ ra rằng các hạt nano entropy cao được tạo thành từ 10 oxit kim loại rất ổn định ở nhiệt độ lên đến 1.073 độ Kelvin và các nguyên tố riêng lẻ được phân bố đồng đều xuyên suốt mỗi hạt nano tạo thành một cấu trúc tinh thể ổn định ở trạng thái rắn duy nhất.

Hợp kim oxit kim loại của họ chứa nhiều hỗn hợp khác nhau của các kim loại chuyển tiếp, là các nguyên tố đất hiếm và kim loại quý cộng với oxy.

Zhennan Huang, sinh viên trong phòng thí nghiệm của Shahbazian-Yassar và đồng tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Hầu như không thể duy trì sự kết hợp hoàn hảo của các nguyên tố này trong pha rắn do sự khác biệt về bán kính nguyên tử, cấu trúc tinh thể, thế oxy hóa và tính chất điện tử của các nguyên tố. Nhưng chúng tôi đã có thể chứng minh rằng điều này là có thể."

Shahbazian-Yassar cho rằng “Trong số nhiều hợp kim có nhiều nguyên tố mà chúng tôi tạo ra, các hạt được làm từ 10 nguyên tố không chỉ hiệu quả nhất trong việc giảm điểm cháy của khí mêtan mà còn ổn định nhất ở các nhiệt độ đó”.

Các nhà nghiên cứu tin rằng chất xúc tác này có thể được sử dụng để giảm sản lượng khí nhà kính độc hại sinh ra từ việc đốt khí tự nhiên trong các hộ gia đình cá nhân, cung cấp năng lượng cho tuabin và thậm chí trong ô tô chạy bằng khí nén tự nhiên.

Hoàng Nam dịch

Theo Science Daily