Từ nhiều năm nay, các nhà khoa học đã tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo thay thế năng lượng hóa thạch. Một ứng viên sáng giá là hydro sinh khối, hay hydro được sản xuất từ chất thải hữu cơ của thực vật và động vật.
Minh họa quá trình chưng khô sử dụng đèn xenon | Ảnh: EPFL
Trong suốt vòng đời của mình, lượng CO2 mà sinh khối hấp thụ luôn cao hơn so với lượng CO2 thải ra khi phân hủy nên nó không thêm khí nhà kính mới vào bầu khí quyển. Nếu sử dụng các công nghệ chuyển hoá thích hợp để không tạo ra CO2 hoặc CH4 (methane) thì sinh khối sẽ là nhân tố giúp đạt được khí thải ròng âm.
Mặc dù tiềm năng nhưng vẫn có nhiều câu hỏi về cách tốt nhất để tối đa hóa chuyển đổi sinh khối thành năng lượng.
Hiện tại có hai phương pháp chính là khí hóa và chưng khô. Khí hóa làm cho sinh khối rắn hoặc lỏng đạt đến nhiệt độ khoảng 1.000 độ C, sau đó chuyển nó thành các loại khí tổng hợp (syngas) bao gồm khí hydro, methane, carbon monoxide và các hydrocarbon khác thường dùng làm nhiên liệu sinh học để tạo ra năng lượng, và hợp chất rắn gọi là than sinh học (biochar).
Một phương pháp xử lý khác là chưng khô sinh khối. Cách này tương tự như khí hóa, ngoại trừ việc làm nóng sinh khối ở nhiệt độ thấp hơn chỉ từ 400-800 độ C và ở áp suất lên đến 5 bar trong bầu khí trơ. Có ba cách chưng khô: thông thường, nhanh và chớp nhoáng. Trong số này, chưng khô thông thường diễn ra ở 450 độ C, mất nhiều thời gian nhất và tạo ra nhiều sản phẩm than nhất. Chưng khô chớp nhoáng diễn ra ở 600 - 1.000 độ C và tạo ra nhiều khí tổng hợp nhất. Thật không may, phương pháp chớp nhoáng này cần sử dụng lò phản ứng chuyên dụng chịu nhiệt và áp suất cao.
Giờ đây, các nhà khoa học do GS. Hubert Girault tại Trường Khoa học Cơ bản thuộc Viện Kỹ thuật liên bang Lausanne (EPFL), Thụy Sĩ, đã phát triển một phương pháp mới để chưng khô sinh khối nhằm tạo ra không chỉ khí tổng hợp có giá trị mà còn cả than sinh học carbon rắn có thể tái sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Chemical Science.
Phương pháp này dùng đèn nháy xenon có năng lượng cao và xung ngắn để chưng khô sinh khối. Ý tưởng ở đây là tạo ra một tia flash mạnh để sinh khối hấp thụ và ngay lập tức kích hoạt các phản ứng hóa học quang-nhiệt (photothermal) để chuyển đổi sinh khối tức thì thành khí tổng hợp và than sinh học.
Kỹ thuật flash này được sử dụng trên các nguồn sinh khối khác nhau: vỏ chuối, lõi ngô, vỏ cam, hạt cà phê và vỏ dừa, tất cả đều được sấy khô ở 105 độ C trong 24 giờ, sau đó nghiền, sàng thành bột mỏng.
Sau đó, bột được đặt trong một lò phản ứng bằng thép không gỉ với một cửa sổ kính tiêu chuẩn ở áp suất môi trường xung quanh và dưới bầu khí quyển trơ. Đèn xenon nháy sáng và toàn bộ quá trình chuyển đổi kết thúc trong vài mili giây.
Cách tiếp cận này không chỉ có thể giảm thiểu thời gian so với các quá trình chưng khô thông thường mà còn có thể tối đa hóa năng suất sản phẩm tạo ra.
"Mỗi kg sinh khối khô có thể tạo ra khoảng 100 lít khí hydro và 330g than sinh học, chiếm tới 33% khối lượng vỏ chuối khô ban đầu", nghiên cứu viên Bhawna Nagar cho biết. Phương pháp này cũng tạo ra 4,09 MJ năng lượng cho mỗi kg sinh khối khô.
Điều nổi bật trong phương pháp này là cả hai sản phẩm cuối cùng của nó, khí hydro và than sinh học carbon rắn, đều có giá trị. Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu xanh, trong khi than sinh học có thể dùng làm phân bón hoặc để sản xuất các điện cực dẫn điện.
"Nghiên cứu của chúng tôi còn có ý nghĩa hơn nữa bởi thực tế nó đang gián tiếp thu trữ CO2 từ không khí”, Nagar nói thêm.
