Khí gas xúc tác nano: sản xuất nhiên liệu tốt hơn, “xanh” hơn

Một
phương pháp lọc dầu mới cho phép sản xuất xăng nhiên liệu hiệu quả hơn
và thân thiện hơn với môi trường đã được đăng tải trên tạp chí của Hội
Hóa học Mỹ. Phương pháp này do Giáo sư Michael Wong và các đồng nghiệp
thuộc trường Đại học Rice phát triển.


Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Wong,
phối hợp với các phòng thí nghiệm của Đại học Lehigh, Trung tâm Nghiên
cứu và Công nghệ Hellas và DCG Partnership tại Texas, cho biết các cụm
oxit vonfram kích thước chưa đầy 1nm được gắn trên đỉnh oxit zirconi là
loại xúc tác hiệu suất cao, cho phép chuyển hóa các phân tử n-pentan
mạch thẳng, một trong nhiều nhóm hydrocacbon có trong xăng nhiên liệu,
thành n-pentan mạch nhánh với khả năng đốt tốt hơn. Khả năng xúc tác của
oxit vonfram đã được biết đến từ lâu, tuy nhiên phải nhờ đến công nghệ
nano mới có thể tối đa hóa hoạt động của loại xúc tác đầy tiềm năng này.
Sau khi phân tách dầu thô thành các thành phần cơ bản - gồm xăng, dầu
lửa, dầu nhiên liệu, dầu nhờn và các sản phẩm khác - các sản phẩm phụ
nặng hơn cũng được bẻ gãy (bằng cách đốt nóng) thành các phân tử chứa
một vài nguyên tử cacbon và có khả năng chuyển hóa thành xăng. Khi đó,
việc tinh lọc các hydrocacbon này phải nhờ đến xúc tác.



Nhóm nghiên cứu từ vài năm nay đã bắt
tay vào tìm công thức pha trộn các hạt nano oxit vonfram và ziriconi
trơ. Điều quan trọng là phải phân tán được các hạt nano trên bề mặt của
cấu trúc giá đỡ ziriconi với độ bao phủ hợp lý theo lý thuyết
Goldilocks: không quá nhiều, không quá ít, mà phải đủ. Theo nhóm nghiên
cứu, mục đích của công việc này là nhằm tăng tối đa số lượng hạt nano
trên giá đỡ mà vẫn giữ cho chúng không tiếp xúc với nhau. Để làm được
điều này rất khó nhưng nếu thành công, hiệu quả xúc tác có thể tăng lên 5
lần. Nhóm đã tìm kiếm chất hóa học thích hợp, nhiệt độ cao lý tưởng để
gắn các hạt nano vào hạt bột oxit ziriconi. Với tỉ lệ trộn hợp lý, các
hạt này phản ứng với phân tử n-pentan mạch thẳng, giúp sắp xếp lại vị
trí của 5 nguyên tử cacbon và 12 nguyên tử hydro trong một quy trình
đồng phân hóa.



Giáo sư Wong cho biết, do quy trình
trên không phải hoàn toàn mới lạ nên các nhà máy lọc dầu có thể ứng dụng
cho hệ thống sản xuất của mình mà không gặp bất cứ trục trặc hay gián
đoạn nào.



Trong xu thế cần phát triển nhiều
nguồn năng lượng mới hiện nay thì việc tối ưu hóa hiệu quả xăng nhiên
liệu đóng một vai trò rất quan trọng. Những đánh giá về nhiên liệu sinh
học như là nguồn năng lượng tiềm năng cho tương lai có rất nhiều, nhưng
cần phải tạo được cầu nối để đi tới tương lai đó. Khám phá mới của nhóm
nghiên cứu do Giáo sư Wong dẫn đầu cũng đóng góp vào công cuộc xây dựng
cầu nối bằng cách nâng cao năng suất sản xuất nhiên liệu hiện nay.