Hydro được xem là một trong những nhiên liệu tiềm năng cho nền kinh tế phát thải thấp. Nhưng cách tạo hydro hiện nay vẫn gặp một vấn đề lớn đó là chi phí.

Hydro xanh, được sản xuất bằng cách tách nước nhờ điện tái tạo, vẫn đắt hơn đáng kể so với hydro sản xuất từ khí tự nhiên. Một nhóm tại Đại học Bang Oregon (Mỹ) đang tìm cách giảm chi phí bằng cách dùng ánh sáng trực tiếp để kích hoạt phản ứng hóa học.

Nhóm do GS Kyriakos Stylianou, giáo sư hóa học tại Oregon State University và Giám đốc Materials Discovery Laboratory dẫn dắt nghiên cứu metal-organic frameworks, hay MOF - những vật liệu tinh thể có cấu trúc giống một chiếc “lồng” ở cấp độ phân tử, với các lỗ nhỏ có thể được thiết kế để thực hiện những chức năng khác nhau.

Trong nghiên cứu mới, vật liệu đáng chú ý có tên BVR-19. Điểm khác biệt nằm ở một liên kết sulfur-sulfur trong phần hữu cơ của vật liệu.

Khi hấp thụ ánh sáng, liên kết này có thể tạm thời bị phá vỡ, tạo ra những dạng sulfur có hoạt tính cao. Quá trình này giúp di chuyển electron tới nơi cần thiết để thúc đẩy quá trình tạo hydro.

Thông thường, các hệ thống xúc tác quang có thể phụ thuộc vào những kim loại hoặc chất xúc tác đắt tiền để thúc đẩy phản ứng.

Trong vật liệu này, chính phần hữu cơ chứa sulfur đảm nhận vai trò quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng và di chuyển electron.

Một ưu điểm khác là BVR-19 có thể hình thành tự phát trong dung dịch nước ở nhiệt độ phòng. Điều này có thể giảm năng lượng cần thiết để tạo ra vật liệu.

Hydro hiện được dùng trong pin nhiên liệu, sản xuất amoniac, tinh luyện kim loại và nhiều ngành công nghiệp khác. Phương pháp phổ biến nhất hiện nay là methane steam reforming, sử dụng khí tự nhiên và phát thải CO2.

Tách nước bằng năng lượng tái tạo có thể sạch hơn, nhưng chi phí vẫn cao. Theo số liệu được nhóm nghiên cứu dẫn, hydro từ methane steam reforming có giá khoảng 1,5 USD/kg, trong khi hydro xanh khoảng 5 USD/kg.

Tuy nhiên, các nhà khoa học còn phải chứng minh độ bền của vật liệu, hiệu suất khi chiếu sáng trong thời gian dài, khả năng mở rộng quy mô và chi phí sản xuất. Điều quan trọng nhất của nghiên cứu là đã chỉ ra rằng có thể sử dụng phần hữu cơ của MOF để hấp thụ ánh sáng, tạo electron hoạt tính và thúc đẩy tạo hydro thay vì phụ thuộc vào một chất xúc tác kim loại đắt tiền.

Nếu nguyên tắc này được mở rộng sang những vật liệu khác, nó có thể giúp các nhà khoa học tìm ra những hệ thống sản xuất nhiên liệu từ ánh sáng rẻ và hiệu quả hơn.