Cuối tháng 10, phòng thí nghiệm của Found Energy, startup dùng nhôm thay nhiên liệu hóa thạch, chuẩn bị lắp đặt thiết bị cung cấp nhiệt và hydro cho khách hàng. Startup được Peter Godart, từng là nhà khoa học tại Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), sáng lập năm 2022, đã gọi vốn thành công vòng hạt giống (Seed) 12 triệu USD.
Sau nhiều thí nghiệm giải phóng năng lượng từ nhôm, họ sẽ bán giải pháp thương mại đầu tiên cho một cơ sở sản xuất dụng cụ ở miền Đông Nam vào đầu năm tới. Nguyên liệu đầu vào là nhôm thải từ chính nhà máy này.
Trong thí nghiệm trình diễn, một lon nước ngọt sau nghiền nát biến mất giữa đám mù hơi nước và khí hydro. Nước ở nhiệt độ phòng sẽ sôi ngay lập tức khi được bổ sung vào loại nhôm này. "Thời gian đun sôi nước trên bếp của bạn sẽ chậm hơn thế này", Godart nói.
Peter Godart, nhà sáng lập kiêm CEO Found Energy, tại phòng thí nghiệm công ty. Ảnh: MIT
Godart sử dụng chất xúc tác để giải phóng năng lượng được lưu trữ trong kim loại nhôm, nhằm chuyển lượng lớn phế liệu nhôm thành nhiên liệu không thải carbon. Nếu thương mại hóa thành công, giải pháp này sẽ giúp giảm lượng lớn khí nhà kính trong các ngành ô nhiễm cao như sản xuất xi măng, sắt, thép. Song song, nó giúp xử lý phế liệu nhôm "bẩn", loại bị ô nhiễm bởi các vật liệu khác hoặc oxy hóa nặng, khó tái chế.
Thực tế, giới khoa học từ lâu đã để mắt tới nhôm. Sau khi được tinh chế và nấu chảy từ quặng, kim loại này chứa năng lượng gấp 2 nhiên liệu diesel và gần gấp 8 lần khí hydrogen tính theo thể tích. Khi phản ứng với oxy trong nước hoặc không khí, nó tạo thành oxit nhôm, giải phóng nhiệt và hydrogen, có thể khai thác để tạo nguồn năng lượng không carbon.
Theo tính toán, mỗi kg nhôm bị oxy hóa sinh ra 15,8 MJ nhiệt, giải phóng hydrogen với mật độ năng lượng có thể đạt tới 36,3 MJ mỗi lít. Trong khi đó, hydrogen hóa lỏng chỉ đạt mật độ năng lượng 7,2 MJ mỗi lít thể tích. Khả năng tạo ra hydrogen trong phản ứng này cũng loại bỏ các lo ngại về an toàn liên quan đến việc lưu trữ hydrogen dạng khí hoặc lỏng.
Quay trở lại với lon nước ngọt trong thí nghiệm trình diễn, nếu nhôm phản ứng với oxy trong không khí, vì sao lon nước không bốc cháy? Đây cũng là vấn đề đau đầu bao năm nay khi ngành khoa học muốn dùng nhôm làm nhiên liệu. Bởi ngay khi kim loại này hình thành phản ứng, một lớp kim loại đã oxy hóa bao phủ bề mặt, ngăn cản phản ứng của các lớp phía dưới.
Godart ví von phản ứng này giống như một ngọn lửa tự tắt khi mới hình thành tro, thay vì tiếp tục đốt phần nhiên liệu còn lại. "Mọi người đã thử và từ bỏ ý tưởng này rất nhiều lần", ông nói.
Hạt nhôm sau xử lý bằng chất xúc tác (hộp thủy tinh bên trái) và nhôm miếng thô (bên phải). Ảnh: MIT
Một số nhà luyện kim cho rằng việc biến nhôm thành nhiên liệu là "ý tưởng điên rồ". Geoff Scamans, nhà khoa học tại Đại học Brunel London (BUL), đã dành một thập kỷ nghiên cứu cách dùng nhôm thay xăng, dầu trong phương tiện giao thông vào những năm 1980, nhưng không thành công. Ông nói ý tưởng dùng nhôm thay nhiên liệu hóa thạch liên tục xuất hiện vài năm một lần, nhưng phản ứng nhôm - nước không đủ hiệu quả để biến nó thành loại nhiên liệu phù hợp.
Phản ứng nhôm - nước diễn ra quá chậm là một thách thức. Nhưng Godart tin ông và cộng sự đã tìm ra cách hóa giải, biến "ý tưởng điên rồ" này thành hiện thực, bằng cách thay đổi cách suy nghĩ về phản ứng nhôm. Thay vì cố gắng tăng tốc phản ứng nhôm - nước, họ đã tìm được một vật liệu thực sự hòa tan vào nhôm - một chất xúc tác kim loại lỏng, có tính ăn mòn.
Chất xúc tác này là thành tố cốt lõi trong giải pháp biến nhôm thành nhiên liệu của công ty. Không tiết lộ cụ thể thành phần hóa học, Godart nói chất này thấm vào cấu trúc vi mô của nhôm. Khi phản ứng với nước, nó tách các lớp nhôm đã bị oxy hóa, liên tục đẩy ra các lớp chưa phản ứng trong nước, biến vật chứa phản ứng thành một "nồi hơi".
Ý tưởng này đến với Godart khi ông còn làm việc tại NASA, với kế hoạch chế tạo những con robot nhôm tự tiêu thụ nhiên liệu (tự "ăn" chính mình) khi vận hành trên vệ tinh băng giá Europa của Sao Mộc. Công việc đã bị cắt giảm khi Quốc hội cắt ngân sách cho sứ mệnh này.
Rời NASA, ông trở lại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) học Tiến sĩ. Sau khi bảo vệ luận án với đề tài tương tự, ông lập Found Energy tại nhà riêng, tiếp tục nghiên cứu giải pháp nhiên liệu không carbon từ nhôm.
Godart hy vọng giải pháp này sẽ cung cấp năng lượng cho nhiều quy trình công nghiệp khác nhau, nhưng mục tiêu ban đầu là giải quyết "nỗi đau" của ngành tái chế nhôm. Ngành này vẽ ra viễn cảnh tái chế 100%, không bị suy giảm chất lượng, nhưng giấu đi số liệu lớn về lượng nhôm "bẩn" không thể tái chế.
Theo ước tính từ Viện Nhôm Quốc tế, hiện có hơn 3 triệu tấn nhôm được thu gom không được tái chế mỗi năm, 9 triệu tấn khác không được thu gom hoặc bị đốt cùng với các chất thải khác.
Bên cạnh phế liệu nhôm, Godart tính toán dùng lại lượng nhôm hydroxide thoát ra từ lò phản ứng, dùng điện sạch chuyển hóa thành kim loại nhôm, tạo nguyên liệu đầu vào "vòng kín". Theo ước tính của công ty, phương pháp "vòng kín" này có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu nhiệt công nghiệp toàn cầu bằng cách sử dụng và tái sử dụng tổng cộng khoảng 300 triệu tấn nhôm - khoảng 4% trữ lượng nhôm dồi dào của Trái Đất.
Bảo Bảo (theo MIT)
