Một phương pháp tổng hợp chất xúc tác mới đã được nghiên cứu, có khả năng tạo ra hydro từ nấm men - các vi sinh vật chính liên quan đến quá trình lên men rượu và bánh mì. Hệ thống mới có thể phân hủy nước thành oxy và hydro một cách hiệu quả, sử dụng các chất có trong sinh khối nấm men thải. Bên cạnh đó, phương pháp này không tốn kém và cho năng suất cao, do đó dự kiến sẽ giảm chi phí sản xuất hydro từ sự phân hủy của nước.

Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Kwang S. Kim (Nhà khoa học danh dự quốc gia Hàn Quốc) tại Trường Khoa học Tự nhiên thuộc UNIST dẫn đầu đã phát triển thành công một phương pháp tổng hợp chất xúc tác mới có thể phân hủy nước thành oxy và hydro một cách hiệu quả bằng cách sử dụng sinh khối nấm men thải. Bên cạnh đó, bằng cách phủ ruthenium (Ru) và sắt (Fe), họ đã phát triển một vật liệu xúc tác mới cho thấy hiệu suất tuyệt vời trong cả quá trình tạo hydro và oxy.

Hydro là nguồn năng lượng nguyên thủy sạch nhất trên trái đất. Cách để sản xuất hydro thân thiện với môi trường là thông qua quá trình điện phân nước. Tuy nhiên, phương pháp này cần chất xúc tác dựa trên kim loại quý, chẳng hạn như bạch kim (Pt) cho HER và Iridium (Ir) cho OER. Những chất xúc tác này thường hiếm, đắt tiền và kém bền.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào sinh khối nấm men phế thải làm vật liệu xúc tác sẽ cải thiện cả quá trình tạo oxy và hydro, đồng thời thay thế các chất xúc tác kim loại quý, chẳng hạn như Pt hoặc Ir. Nấm men là một sinh vật sống chứa rất giàu các chất chẳng hạn như cacbon (C), phốt pho (P), lưu huỳnh (S) và nitơ (N) ngay cả khi được sử dụng hết và loại bỏ.

Những vật liệu như vậy có thể làm tăng độ dẫn điện, cũng như những tập hợp thực tế có thể giữ các vật liệu khác để hỗ trợ cố định các hạt kim loại. Tính năng này có khả năng tạo ra một chất xúc tác hiệu quả.

Trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã tạo ra hai chất xúc tác thúc đẩy quá trình tạo ra cả hydro và oxy, sử dụng men thải làm chất hỗ trợ xúc tác. Họ đã báo cáo việc sản xuất hydro và oxy trong 1 M kali hydroxit bằng cách sử dụng các nguyên tử đơn ruthenium (RuSA) cùng với các hạt nano Ru (RuNPs) được nhúng trong MHC (RuSAs + RuNPs @ MHC) như một cathode và magnetit (Fe3O4) được hỗ trợ trên MHC (Fe3O4@MHC ) làm cực dương. Chất xúc tác RuSAs + RuNPs @ MHC vượt trội hơn hẳn platinum thương mại hiện đại trên chất xúc tác carbon cho phản ứng tiến hóa hydro về điện thế, mật độ dòng trao đổi, độ dốc Tafel và độ bền. Hơn nữa, so với các chất xúc tác được sử dụng trong công nghiệp (nghĩa là oxit iridi), chất xúc tác Fe3O4@MHC thể hiện hoạt động phản ứng tiến hóa oxy vượt trội.

Nhóm nghiên cứu lưu ý, "Để tách nước toàn bộ yêu cầu điện áp mặt trời 1,74 V để truyền động ~ 30 mA, trong điều kiện có (12 giờ) và không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời (58 giờ) ngoài trời. Đây được coi như một chiến lược đầy hứa hẹn nhằm hướng tới sự phát triển năng lượng bền vững."

"Các vật liệu có nguồn gốc sinh khối từ nấm men có thể giúp phát triển các chất xúc tác hiệu quả, thân thiện với môi trường và mang tính kinh tế để cải thiện tính bền vững của quá trình sản xuất hydro", Giáo sư Kim cho biết. "So với than và dầu, nấm men thải là sinh khối thân thiện với môi trường, rẻ tiền và sẵn có. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy ứng dụng mới của sinh khối nấm men thải.

Những phát hiện của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Sustainability.

Link: https://phys.org/news/2020-11-catalysts-waste-yeast-biomass.html