Máy phát điện “chạy bằng nước” làm nóng giới khoa học

Sáng chế máy phát điện chạy bằng nước theo công bố của TS Nguyễn Chánh Khê đang thu hút sự quan tâm lớn của dư luận. Sau hội thảo về sáng chế này do Ban quản lý Khu công nghệ cao TP.HCM (SHTP) tổ chức vào ngày 9.3 (báo chí không được tham dự), nhiều câu hỏi được giới khoa học tiếp tục đặt ra.


Một người trực tiếp tham dự hội thảo là GS-TSKH Nguyễn Đăng Hưng, Chủ tịch HĐQT Công ty TNHH MTV công nghệ thông tin Hưng Việt, đã gửi cho Thanh Niên bài tường thuật của mình.
Có thể đảo lộn cục diện năng lượng thế giới

Nói về "tạp chất" bí hiểm này, ông Phạm Việt Hùng, nghiên cứu chuyên ngành hóa học từ ĐH Ulsan (Hàn Quốc), chia sẻ trên blog của GS Nguyễn Đăng Hưng: “Xem video clip về “máy phát điện chạy bằng nước” em thấy rằng lượng hydro sinh ra nhiều đến mức làm nước sôi sùng sục như thế thì có 2 khả năng là bột kim loại như nhôm (Al), kẽm (Zn), magnesium (Mg) hoặc sắt (Fe) phản ứng với acid hoặc baze; hoặc metal hydride như LiAlH4 hoặc NaBH4. (2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2; 2Al + 2NaOH + 2H2O -> 2NaAlO2 + 3H2; NaBH4 + H2O -> NaBO2+ 4H2). Theo thông tin GS Hưng cung cấp là nhiệt độ trong bình nước khoảng 50-60 độ C thì em nghiêng về giả thuyết “chất xúc tác bí ẩn” là bột kim loại phản ứng với acid hoặc baze”. Cũng trên blog của GS Nguyễn Đăng Hưng còn có chia sẻ của TS Giáp Văn Dương từ Singapore: Theo những thông tin đã có, gần như chắc chắn “hóa chất bí hiểm đó” là hỗn hợp của than hoạt tính và chất khử NaBH4. Vậy khi cho vào nước sẽ có phản ứng sau: NaBH4+2H2O = NaBO2+4H2.

GS Hưng viết: "Sau khi bài thuyết trình của TS Khê kết thúc, tôi phát biểu nêu rõ tầm quan trọng của sáng chế, nó có thể đảo lộn cục diện năng lượng của thế giới. Bởi vậy việc thẩm định nghiêm túc là tối cần thiết. Trước tiên tôi yêu cầu TS Khê phân biệt là trong sáng chế có hai vấn đề: vấn đề khoa học và vấn đề công nghệ. Công nghệ có bí quyết và việc giữ kín bí mật công nghệ là việc tự nhiên, tôi sẽ không tò mò tìm hiểu ở đây. Cái mà tôi mong TS Khê giải thích cùng cử tọa là khía cạnh khoa học của sáng chế. Khía cạnh khoa học luôn luôn phải công khai minh bạch đối với công chúng đặc biệt các chuyên gia… và tôi mong mỏi TS Khê sẽ trả lời tôi trên tinh thần khoa học". Nhưng rồi TS Khê đã không giải thích phần quan trọng nhất của sáng chế là việc tách nguyên tử hydro (H2) ra khỏi phân tử nước (H2O).

GS Hưng đã đặt thẳng câu hỏi: "Chất có can dự việc tách H2 từ nước là chất gì, chất xúc tác có ghi trên biểu đồ hay chất khử?". TS Khê khẳng định: "Đó là chất xúc tác". GS Hưng phản đối ngay: "Nếu quả như thế thì ở đây nguyên lý cơ bản của khoa học, nguyên lý bảo toàn năng lượng bị vi phạm. Lấy ở đâu ra năng lượng 285,83 kJ/phân tử nước để có phản ứng hóa học: 2H2O + 2×285,83kJ → 2H2 + O2". Sau mấy phút giằng co qua lại, TS Khê đã phải công nhận đây là một “tạp chất” có tham dự vào phản ứng phân tử.

Ông viết tiếp: “Cái “tạp chất” có khả năng tách hydro ra khỏi nước đã càng trở thành một chất bí hiểm ly kỳ bội phần. Tôi nhìn tác dụng của chất ấy vào nước với hydro nổi lên sủi bọt như nước đang sôi với biết bao câu hỏi…! Tôi thử đưa tay sờ vào bình chứa. Bình có nhiệt độ nóng khoảng 50-60 độ C. Như vậy, năng lượng phát sinh chẳng những đủ cho phản ứng phân ly của nước mà còn dư ra có thể đun nóng bình chứa! Như vậy từ bao lâu nay tại sao không nghĩ đến việc đo đạc sự thay của khối lượng “tạp chất” ấy trong quá trình phát ra điện?”.

GS Hưng cũng đặt nghi vấn: “Bóng điện tắt ngay khi cộng tác viên của TS Khê bẻ cong ống dẫn không cho hydro chạy vào bình phát điện chạy bằng pin nhiên liệu. Tại sao đèn tắt nhanh như vậy, như trực tiếp bật lên rồi tắt đi qua công tắc điện, thời gian trễ gần như không có?… Một cái gì lạ lùng chưa có câu giải thích…".

Trao đổi với Thanh Niên chiều 13.3, TS Nguyễn Chánh Khê khẳng định có đến 2 chất bí mật chứ không phải một chất. Ông nói: "Nếu trao đổi thông tin về khoa học thì tôi sẽ trao đổi thẳng thắn, nhưng sẽ không bao giờ tiết lộ các chất bí mật này". Ông cũng cho biết, sáng chế đã được mang đi đăng ký bảo hộ trong nước, Mỹ, châu Âu.

Điều quan trọng - theo TS Khê - là ông hoàn toàn chủ động công nghệ, từ các chất xúc tác, phân tử xúc tác và một số bộ phận khác đều tự chế tạo. Mọi việc đang thuận buồm xuôi gió. Trong vòng 3 tháng tới, sẽ có thiết kế cơ bản cho sản phẩm máy phát điện chạy bằng nước, với mục đích chính là có sản phẩm ra đời để phục vụ cho đồng bào vùng sâu, vùng hải đảo xa xôi chưa có điện.

TS Khê cũng cho biết có nhiều nhà khoa học từ Mỹ, Nhật Bản, Đức, Pháp… đã gửi email chia sẻ và chúc mừng về công trình nghiên cứu này.









Sẽ thử nghiệm

Về phương diện khoa học, tuy chưa được biết chất rắn cấu trúc nano là chất gì, song vẫn có thể nói rằng tìm ra được một chất mới phản ứng với nước tạo ra hydro trên một quy mô đáng kể là một kết quả khoa học lý thú đáng trân trọng Viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu

Viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu, Chủ tịch Hội đồng khoa học ngành Khoa học vật liệu Viện Khoa học - Công nghệ Việt Nam, sau khi nghe TS Khê trình bày tại hội thảo, đã có kết luận rằng kết quả khoa học chính của công trình này là tìm ra một phương pháp mới để tạo ra hydro từ nước, sau đó sử dụng hydro làm nhiên liệu để phát điện. Đây không phải là việc làm ra một máy phát điện chạy bằng nước.

Tác giả đã tạo ra được một chất rắn mà theo báo cáo là có cấu trúc nano. Khi chất rắn này phản ứng với nước thì sẽ xảy ra một phản ứng hóa học tạo ra hydro. Năng lượng cần thiết để tách hydro từ nước là năng lượng có sẵn trong chất rắn cấu trúc nano. Không có sự vi phạm định luật bảo toàn năng lượng.

Sau khi xảy ra phản ứng hóa học, chất rắn cấu trúc nano không còn nữa, mà sẽ xuất hiện các chất khác. Do đó tác giả mới phải “tái chế” lại chất rắn cấu trúc nano gây ra phản ứng. Bí quyết công nghệ nằm ở khâu chế tạo chất rắn cấu trúc nano.

Viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu cho rằng, trước khi đăng ký xong quyền bảo hộ sở hữu trí tuệ với cơ quan có thẩm quyền, phải giữ bí mật về chất rắn cấu trúc nano. Về phương diện khoa học, tuy chưa được biết chất rắn cấu trúc nano là chất gì, song vẫn có thể nói rằng tìm ra được một chất mới phản ứng với nước tạo ra hydro trên một quy mô đáng kể là một kết quả khoa học lý thú đáng trân trọng.

Viện sĩ Nguyễn Văn Hiệu đề xuất: Trong khi chờ đợi cơ quan bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ ở Mỹ và Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ Khoa học - Công nghệ) xem xét bản đăng ký của TS Nguyễn Chánh Khê, SHTP hoặc Sở Khoa học -Công nghệ TP cần cấp kinh phí cho TS Nguyễn Chánh Khê tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ và chế tạo ra một máy phát điện hoạt động theo phương pháp mới.

SHTP sẽ chạy thử máy phát điện này một cách liên tục để kiểm tra sự ổn định của quá trình phát điện trong một thời gian dài và ước tính hiệu quả kinh tế, với điều kiện vẫn giữ được bí mật công nghệ.






[justify]Chất xúc tác hay chất khử?[/justify]

[justify]Công trình của TS Nguyễn Chánh Khê về pin nhiên liệu từ phản ứng phân hủy nước có hai phần (A) phân hủy nước tạo hydrogen và oxygen, sau đó (B) hydrogen và oxygen tái hợp thông qua thiết bị dùng để chuyển hóa năng lượng hóa học thành điện năng.[/justify]

[justify]Giai đoạn (B) khá quen thuộc và được thừa nhận nên ta không bàn luận. Giai đoạn (A) là một thách thức lớn của cộng đồng khoa học với câu hỏi về hiệu suất và tính kinh tế. Nếu giải quyết được khó khăn này, câu hỏi của con người về năng lượng sạch và một loạt các ứng dụng mang tính cách mạng sẽ được giải quyết.[/justify]

[justify]Tranh cãi từ công trình nghiên cứu của TS Khê là liệu chất xúc tác mà ông đã sử dụng là gì mà sự tạo thành hydrogen (hay hiệu suất quá trình) lại mãnh liệt như vậy. Đó có thật là chất xúc tác hay không, hay chỉ là một chất khử thông thường như cách trả lời lập lờ của TS Khê. Dưới đây chúng tôi phân tích vài khía cạnh đơn giản cho câu hỏi này.[/justify]

[justify]Có hai vấn đề cần chú ý trong phản ứng phân hủy nước thành hydrogen và oxygen: hiệu ứng nhiệt và tốc độ phản ứng. Số liệu trong sổ tay (Lange’s Handbook of Chemistry, John A.Dean, trang 639) cho thấy để tạo được 2 (gram) hydrogen thì cần cung cấp 293 kJ (tức là lượng nhiệt để đun khoảng 700 gram nước cho tới sôi) theo phản ứng hóa học dưới đây.[/justify]

[justify]H2O → H2 + ½O2 , ∆H0 = 293 (KJ/mol)[/justify]

[justify]Vậy đây là một phản ứng thu nhiệt, đòi hỏi phải cung cấp năng lượng thì mới xảy ra, ta gọi đây là sự cản trở nhiệt động.[/justify]

[justify]Ngoài rào cản nhiệt động, còn có rào cản động học; rào cản nhiệt động quyết định hiệu suất quá trình phân hủy, trong khi rào cản động học quyết định tốc độ quá trình phân hủy. Hình dưới minh họa ảnh hưởng của chất xúc tác giúp hạ thấp rào cản động học. Vậy xúc tác trong trường hợp này giúp tăng tốc độ quá trình, nhưng không thay đổi rào cản nhiệt động. Điều này có nghĩa là phản ứng này dù cho có chất xúc tác hiệu quả nhất thì cũng vẫn cần nguồn năng lượng ngoài để vượt qua cản trở nhiệt động (293 kJ/mol). Thêm nữa, chất xúc tác về nguyên tắc không bị tiêu thụ hoặc phân hủy trong quá trình phản ứng; và thường chỉ sử dụng hàm lượng nhỏ chất xúc tác trong các phản ứng.[/justify]

[justify]Trong thiên nhiên, lá cây phân tích nước dùng nguồn năng lượng mặt trời với chất xúc tác diệp lục. Trong quá khứ, nguồn năng lượng ngoài thường sử dụng trong lĩnh vực này cũng là quang năng trong các pin mặt trời (solar cell) với chất xúc tác là TiO2; cường độ ánh sáng cần hấp thu phải đủ lớn để sản xuất điện; nhưng ngay cả trong điều kiện lý tưởng hiệu suất cũng không quá 15%. Công trình gần đây của S.Y.Reece và cộng sự (S.Y.Reece, et al., Science, 334 (2011) 645-648) đăng trên Science - một tạp chí khoa học uy tín hàng đầu thế giới, về phân hủy nước trên màng mỏng (thin film) cho thấy: Để phản ứng sinh ra hydrogen chỉ ở mức sủi bọt khí lăn tăn thì cần một nguồn tử ngoại mạnh chiếu vào hệ thống.[/justify]

[justify]Như vậy, sự phân tích nước không những cần chất xúc tác để giảm hàng rào năng lượng hoạt hóa, mà còn cần nguồn năng lượng ngoài để thúc đẩy phản ứng vượt qua rào cản nhiệt động. Nếu không có nguồn năng lượng ngoài thì quá trình xảy ra không phải là quá trình phân tích nước hữu ích như đã được đề cập. Theo cách trình bày và lập luận trình bày trên các phương tiện truyền thông, nguồn năng lượng ngoài gần như không được đề cập đến. Chất “xúc tác” mà TS sử dụng tuyệt đối không thể là một chất xúc tác nữa nếu nó đảm nhận luôn vai trò vượt qua rào cản nhiệt động.[/justify]

Giản đồ minh họa các hiệu ứng năng lượng của phản ứng phân hủy nước có và không có xúc tác

[justify](Nghiên cứu viên ở Viện Khoa học công nghệ và tính toán TP.HCM tổng hợp dưới sự hướng dẫn của GS-TS Trương Nguyện Thành, giáo sư của Đại học Utah (Mỹ) kiêm Giám đốc khoa học của Viện Khoa học công nghệ và tính toán TP.HCM).[/justify]