Vật liệu bền nhất thế giới có thể hỗ trợ sản xuất nước uống

Graphene có cấu trúc lục giác hai chiều. Ảnh minh họa: Getty Images

Vật liệu carbon hai chiều này cấu thành từ các lớp graphite đơn và được khai thác từ lòng đất. Chúng cực kỳ nhẹ, có tính dẫn điện và giữ tiềm năng lớn trong các ngành công nghiệp, từ điện tử đến giao thông vận tải.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Khalifa ở Các Tiểu vương quốc Arab Thống nhất (UAE) đang khám phá về một cách ứng dụng khác của graphene: sản xuất nước uống.

Ông Hassan Arafat, Giám đốc cấp Trung tâm Nghiên cứu & Đổi mới về Graphene và Vật liệu 2D (RIC2D) thuộc Đại học Khalifa, cho biết: “Tại UAE, toàn bộ nước uống được đều là nước đã khử muối, vì vậy đây là một lĩnh vực rất quan trọng đối với nền kinh tế cũng như xã hội”. 

Khử muối là quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển và làm sạch nước để có thể uống được. Nó không chỉ quan trọng ở UAE. Hơn 300 triệu người trên toàn cầu đang sử dụng nước khử muối. Và khi biến đổi khí hậu và ô nhiễm ngày càng đe dọa nguồn cung cấp nước ngọt hạn chế của chúng ta, con số đó sẽ tăng lên.

Nhưng khử muối là một quá trình tốn kém và hao tổn năng lượng.

Và graphene đã xuất hiện như một giải pháp mới. Ông Arafat đang nghiên cứu một loại màng được tăng cường chất graphene để có thể giúp quá trình khử muối trở nên hiệu quả  và rẻ hơn.

Giải pháp khử muối

Được thành lập vào năm 2022 với sự đầu tư của từ Abu Dhabi, RIC2D có nhiệm vụ nghiên cứu sâu hơn về graphene cũng như là quá trình sản xuất nó.

Giám đốc Hassan Arafat nói rằng graphene có thể kéo dài tuổi thọ của màng khử muối bằng cách ngăn ngừa hiện tượng “nhiễm bẩn”, xảy ra khi vi khuẩn tích tụ trên bộ lọc và làm giảm chất lượng.

Việc sử dụng graphene để nâng cao hiệu suất của các bộ lọc có thể giúp giảm mức sử dụng năng lượng và cắt giảm chi phí cho quá trình khử muối.

Ông cho biết thêm: “Ngay cả với số lượng nhỏ, những vật liệu graphene này vẫn cải thiện đáng kể hiệu suất của màng về khả năng tạo nước”.

RIC2D cũng đang khám phá các ứng dụng khác của graphene như làm vật liệu xây dựng bền vững để giảm lượng khí thải carbon dioxide và các giải pháp năng lượng hydro tái tạo.

Các loại khí được sản xuất trong ngành công nghiệp hóa dầu của Abu Dhabi có thể chuyển đổi thành graphene. Ảnh: Getty Images

Sản xuất graphene từ metan

Mặc dù có tiềm năng lớn, graphene đã được chứng minh là khó sản xuất ở quy mô lớn. Nó đòi hỏi kỹ thuật bóc tách từng lớp graphite đơn lẻ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại RIC2D đang tìm cách cắt giảm chi phí và thời gian để tạo ra graphene mà không ảnh hưởng đến chất lượng.

Họ sử dụng plasma để tách carbon từ các loại khí như metan - một loại khí nhà kính được tạo thành từ carbon và hydro - là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp dầu khí.

UAE là một trong những nhà sản xuất dầu hàng đầu trên toàn cầu và khoảng 30% GDP của quốc gia này đến từ các sản phẩm hydrocarbon. Đáng chú ý, UAE đang mong muốn đa dạng hóa nền kinh tế và hướng tới mục tiêu không phát thải vào năm 2050.

Và graphene có thể giúp ích cho cả hai tham vọng này.

RIC2D đang hợp tác với công ty khởi nghiệp Levidian của Anh để tách carbon từ metan.

Ông James Baker, Giám đốc điều hành Graphene@Manchester - Trung tâm đổi mới graphene tại Đại học Manchester, đối tác với Đại học Khalifa - cho biết việc tận dụng chuỗi cung ứng của UAE sẽ tạo ra cơ hội tuyệt vời để đẩy nhanh việc áp dụng graphene trong hỗ trợ biến đổi khí hậu.

Ông Baker cho biết, bất kỳ vật liệu gốc carbon nào - bao gồm chất thải từ ngành công nghiệp dầu khí hoặc các sản phẩm dầu mỏ như lốp ô tô - đều có thể được tái chế hoặc tái sử dụng để tạo ra graphene.

“Chúng tôi đang nỗ lực để thực sự tăng quy mô sản xuất vật liệu này từ gram lên kg và lên tấn”, ông Baker nhấn mạnh. 

Ông Baker cho biết việc sản xuất graphene từ khí metan còn có lợi ích khác là hydro chiết xuất được có thể sử dụng làm nhiên liệu. 

Tại Tuần lễ Graphene được tổ chức tháng 9 vừa qua, ngoài RIC2D, nhiều công ty khác cũng đã giới thiệu dự án của họ. Điển hình, NanoGrafen của Thổ Nhĩ Kỳ đã nghiên cứu cách chuyển đổi vật liệu phế thải như lốp xe đã qua sử dụng thành sản phẩm graphene làm vật liệu xây dựng tổng hợp.