Đột phá KHCN - Đổi mới sáng tạo.

Bảo Hiền tổng hợp

Nhóm nghiên cứu Trung Quốc dùng chênh lệch nồng độ giữa axit thải chứa clorua và dòng loãng, qua màng chỉ cho proton đi qua, để tự sinh điện và tạo clo cùng hydro. Quy trình chạy ổn định ít nhất 7 ngày, nhưng mới thử trên dung dịch mô phỏng với màng rất nhỏ.

Công trình đăng trên Nature Communications ngày 7/1/2026, do nhóm của giáo sư Gao Jun (Viện Công nghệ Sinh học năng lượng và Quá trình sinh học Thanh Đảo, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc) cùng các đồng nghiệp ở Viện Năng lượng Sơn Đông thực hiện.

Lấy điện từ chênh lệch nồng độ

Sản xuất clo thông thường dùng điện lưới để điện phân dung dịch muối. Nhóm nghiên cứu đi hướng khác, xuất phát từ phương pháp thẩm tách khuếch tán, vốn đã dùng trong công nghiệp để tái chế axit thải. Axit thải giàu clorua chảy dọc một màng chỉ cho proton đi qua, và phía bên kia là dòng loãng hơn. Chênh lệch nồng độ giữa hai phía là nguồn năng lượng, gọi là năng lượng thẩm thấu. Khi proton qua màng, các electron được giải phóng chạy qua mạch ngoài và tạo điện, cung cấp cho phản ứng ở hai điện cực sinh clo và hydro, mỗi khí ở một ngăn riêng.

Phần quan trọng là màng. Nhóm dùng màng khung hữu cơ cộng hóa trị (COF) có gắn nhóm sunfonat, dày khoảng 10 micromet, cho proton qua nhanh nhưng chặn ion kim loại hóa trị cao. Độ chọn lọc proton so với kim loại từ vài trăm lần (Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Mn²⁺) đến 673 lần với Al³⁺ và 3.767 lần với Fe³⁺, trong khi màng trao đổi ion thương mại thường chỉ đạt vài chục lần, theo tác giả. Nhờ vậy axit thu hồi sạch hơn và ion kim loại không gây phản ứng phụ ở anot. Hai điện cực bạc/bạc clorua đổi vai luân phiên để vận chuyển ion clorua giữa các ngăn.

Số liệu

Với dung dịch mô phỏng axit thải (HCl 5 M so với 0,5 M), công suất cực đại là 55 W/m², tăng lên 67 W/m² khi thêm bảy loại ion kim loại vào dòng cấp, và duy trì hơn 15 ngày. Một đơn vị tạo điện áp hở mạch tối đa 0,184 V, cần 8 đơn vị để bắt đầu sinh clo. Bộ 18 đơn vị đạt 2,95 V hở mạch.

Ở bộ 18 đơn vị, với điện cực graphite và platin, tốc độ sinh clo và hydro mỗi loại khoảng 150–154 lít trên mét vuông màng mỗi giờ, kéo dài ít nhất 7 ngày. Hiệu suất Faraday của clo là 98,4% ở 10 mA/cm² và 90,7% ở 100 mA/cm², của hydro gần 100%. Để so sánh, nhóm nêu điện phân thông thường cần khoảng 1,68 V ở 100 mA/cm² trong thí nghiệm hai điện cực.

Nhóm cũng thử dung dịch mô phỏng nước muối từ khử mặn. Công suất trên 6 W/m², lên 8,4 W/m² khi tận dụng nhiệt thải, và bộ 30 đơn vị chỉ sinh khoảng 12 lít clo và 12 lít hydro mỗi mét vuông mỗi giờ, thấp hơn nhiều so với axit thải.

“Không cần điện” chưa có nghĩa là miễn phí

Cụm “không cần điện” chỉ áp dụng cho công đoạn điện hóa. Năng lượng vẫn đến từ chênh lệch nồng độ, nên quy trình cần có dòng loãng hơn để làm lực đẩy. Nhóm cũng không công bố chi phí hay cân bằng năng lượng toàn bộ.

Các thử nghiệm đều dùng dung dịch mô phỏng, chưa phải axit thải công nghiệp, nước muối khử mặn hay nước biển thật. Diện tích màng thử chỉ 7,06 mm², dù nhóm cũng thử các diện tích lớn hơn. Điện cực phải đổi chiều định kỳ, 600 giây một lần trong thử nghiệm, và nhóm cho rằng có thể tự động hóa. Công suất của màng này thấp hơn một số màng khác mà nhóm dẫn, vì nó được tối ưu cho vận chuyển proton.

Độ bền chỉ được chứng minh “ít nhất 7 ngày”. Tác giả gợi ý nguyên lý có thể mở rộng sang các phản ứng khác trong nước muối, như tạo amoniac từ nước muối chứa nitrat, nhưng chưa có kết quả. Các nguồn được đối chiếu là bài gốc và thông cáo của chính nhóm, nên chưa có kiểm chứng độc lập.

Nguồn tham khảo:
Zhu, C., Li, Q., Li, M., Pan, S., Zhou, B., Jiang, L., và cộng sự. (2026). Spontaneous chlorine production from chloride-containing brines. Nature Communications, 17, Article 1433. https://doi.org/10.1038/s41467-025-68181-7