Phát minh "có thể lột xác ngành vận tải toàn cầu" của Nhật Bản đang gây sốt: Tạm biệt bạch kim!

Phát minh có thể cách mạng hóa ngành vận tải chạy bằng hydro

Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Nhật Bản (NIMS) vừa công bố một phát minh đột phá: Một chất xúc tác dựa trên sắt có thể thay thế bạch kim đắt đỏ trong việc lưu trữ và giải phóng hydro.

Phát minh này, sử dụng "gỉ sét xanh" – một dạng hydroxit sắt – làm nguyên liệu chính, hứa hẹn sẽ giảm chi phí sản xuất hydro xuống mức đủ thấp để cách mạng hóa ngành vận tải chạy bằng nhiên liệu sạch, từ ô tô, xe tải hạng nặng đến tàu biển, thậm chí máy bay.

"Chúng tôi đã biến một vật liệu rẻ tiền như gỉ sét thành "người hùng" trong lĩnh vực năng lượng sạch. Phát minh này không chỉ giảm chi phí mà còn đơn giản hóa quy trình, giúp hydro trở thành lựa chọn khả thi cho mọi người. Hy vọng phát minh này sẽ dẫn đến nhiều hình thức di chuyển không phát thải khác nhau trên toàn cầu" - Tiến sĩ Yusuke Ide, trưởng nhóm nghiên cứu tại NIMS, chia sẻ ngày 25/9/2025.

Hydro được coi là "nhiên liệu của tương lai" nhờ khả năng cháy sạch, chỉ tạo ra nước làm sản phẩm phụ. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất nằm ở việc lưu trữ và giải phóng hydro một cách hiệu quả, an toàn và tiết kiệm.

Các phương pháp hiện tại thường phụ thuộc vào bạch kim – kim loại quý hiếm và đắt tiền – làm chất xúc tác, khiến chi phí cao ngất ngưởng và hạn chế ứng dụng rộng rãi.

Phát minh mới của các nhà khoa học Nhật Bản đang mở ra một kỷ nguyên mới, nơi sắt thông thường – nguyên tố dồi dào trên Trái Đất – có thể "đánh bại" bạch kim.

Cách thức hoạt động

Chất xúc tác được chế tạo bằng cách xử lý gỉ sét xanh với dung dịch clorua đồng, tạo ra các cụm oxit đồng ở cấp độ nano làm vị trí xúc tác chính. Khi tiếp xúc với natri borohydride (NaBH4) – một hợp chất lưu trữ hydro phổ biến – và nước, chất xúc tác này kích hoạt quá trình giải phóng hydro ngay tại nhiệt độ phòng, không cần lò phản ứng nhiệt độ cao phức tạp.

Điểm nổi bật là chất xúc tác còn hấp thụ ánh sáng môi trường xung quanh, chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành phản ứng hóa học thông qua các cụm đồng nano, mà không cần nguồn năng lượng bổ sung.

Điều này cho phép giải phóng hydro "theo yêu cầu", dễ dàng tích hợp vào hệ thống lưu trữ và phân phối trên xe hơi, tàu thuyền hay các trạm nhiên liệu di động.

Quá trình sản xuất cũng đơn giản, không đòi hỏi cơ sở hạ tầng chuyên biệt hay đầu tư vốn lớn, mở đường cho sản xuất quy mô công nghiệp.

Gỉ sắt "đánh bại" bạch kim

So với các chất xúc tác bạch kim truyền thống, phiên bản dựa trên sắt của NIMS không chỉ rẻ hơn đáng kể mà còn vượt trội về hiệu quả.

Các thử nghiệm ban đầu cho thấy tần suất chuyển vòng (turnover frequency) – chỉ số đo lường tốc độ giải phóng hydro – của nó ngang bằng hoặc cao hơn bạch kim. Hơn nữa, chất xúc tác duy trì hoạt động ổn định qua nhiều chu kỳ sử dụng, chứng tỏ độ bền cao phù hợp cho ứng dụng thực tế.

Phát minh này có thể thay đổi hoàn toàn ngành vận tải chạy bằng hydro. Với chi phí giảm mạnh, các phương tiện như xe tải hạng nặng, tàu biển và thậm chí máy bay có thể dễ dàng chuyển sang nhiên liệu hydro, giảm phát thải CO2 một cách đáng kể.

Hiện nay, các chương trình thử nghiệm đã được triển khai, đặc biệt trong lĩnh vực hàng hải, nơi nhu cầu hydro sạch đang tăng cao nhờ sự sẵn sàng của cơ sở hạ tầng.

Trên bình diện rộng lớn hơn, chất xúc tác sắt góp phần thúc đẩy chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Nó giảm sự phụ thuộc vào kim loại quý hiếm, làm cho hydro trở thành nguồn năng lượng tái tạo thực sự khả thi, hỗ trợ các mục tiêu chống biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc.

Theo các chuyên gia, nếu được thương mại hóa nhanh chóng, phát minh này có thể đẩy nhanh việc áp dụng hydro trong các lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất thép đến lưu trữ năng lượng mặt trời.

Khi thế giới đang chạy đua với thời gian để đạt Net Zero vào năm 2050, chất xúc tác sắt có thể là chìa khóa mở ra kỷ nguyên di chuyển không ô nhiễm. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ sớm thấy nó xuất hiện trên đường phố Tokyo và các cảng biển Yokohama, biến giấc mơ hydro thành hiện thực.

Phát minh "gây sốt" này đã được công bố trên tạp chí ACS Catalysis của Hiệp hội Hóa học Mỹ, một ấn phẩm uy tín trong lĩnh vực hóa học xúc tác toàn cầu.