Hải quân Nga tạo đột phá liên quan hydrocarbon, có thể “dậy sóng” ngành công nghệ nhiệt truyền thống

Các nhà khoa học thuộc Trung tâm Khoa học-Đào tạo Hải quân Nga (Học viện Hải quân N.G. Kuznetsov, học viện quân sự cấp cao và trung tâm nghiên cứu khoa học hàng đầu của Hải quân Nga) phát triển thiết bị tạo nhiệt bằng xúc tác, không cần ngọn lửa.

Theo mô tả của sáng chế, thiết bị nâng hiệu suất phát nhiệt và cắt giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ. Đột phá này của Hải quân Nga lọt Top 100 phát minh xuất sắc của Nga cách đây 5 năm.

Điểm khác biệt của phát minh này không phải là một nguồn năng lượng mới. Nó thay đổi cách khai thác nhiên liệu hydrocarbon (dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí mỏ dầu) quen thuộc: Thay vì đốt cho có lửa rồi chấp nhận hao hụt, mà ép nhiên liệu chuyển hóa sâu và giữ nhiệt trong vòng khép kín.

Giải quyết “điểm nghẽn” của thiết bị tạo nhiệt truyền thống

Muốn có ngọn lửa, hỗn hợp nhiên liệu và không khí phải đạt nhiệt độ cháy. Vì vậy một phần đáng kể nhiên liệu bị tiêu tốn chỉ để “mồi”, tức nung dòng khí lạnh ban đầu. Phản ứng cháy cũng dễ mất ổn định, nên người vận hành phải bù thêm nhiên liệu để giữ lửa.

Trước khi cho ra nhiệt hữu ích, thiết bị phải tốn một lượng năng lượng lớn chỉ để nung dòng khí lạnh ban đầu lên mức đó.

Theo các tác giả sáng chế, đây chính là điểm yếu của thiết bị tạo nhiệt truyền thống. Một phần đáng kể nhiên liệu bị dùng vào việc “mồi” thay vì làm ấm cho người dùng. Phản ứng cháy trong điều kiện ấy cũng dễ mất ổn định, nên người vận hành càng phải bù thêm nhiên liệu để giữ lửa.

Cụ thể, mhóm nghiên cứu của Học viện Hải quân Kuznetsov thực hiện bằng cách: Bỏ hẳn ngọn lửa. Thay vì đốt, họ cho hydrocarbon chuyển hóa bằng xúc tác thành CO₂ và H₂O, tức khí cacbonic và hơi nước, ngay bên trong một lò phản ứng chuyên dụng.

*Hydrocarbon là hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chỉ gồm hai nguyên tố hóa học là carbon (C) và hydro (H).

Chất xúc tác là vật liệu giúp phản ứng oxy hóa xảy ra ở điều kiện êm hơn nhiều so với ngọn lửa, đồng thời vẫn tỏa ra nhiệt.

Quá trình nung nóng của thiết bị chạy tuần tự theo chuỗi “chất xúc tác, lò phản ứng, chất tải nhiệt”, và theo mô tả là hoàn toàn tự động. Nhiệt sinh ra ở lò phản ứng được chất tải nhiệt mang đi sử dụng, người vận hành không phải canh ngọn lửa.

Nhờ vậy, theo các tác giả, thiết bị khởi động nguội hoàn toàn mà không cần ngọn lửa và vẫn duy trì quá trình oxy hóa sâu mà không làm gián đoạn phản ứng. Đây là hai điều lò đốt truyền thống khó có cùng lúc.

Nỗ lực xanh hóa ngành năng lượng – công nghệ nhiệt

Điểm đáng chú ý của phát minh là nó thay đổi cách khai thác nhiên liệu hydrocarbon quen thuộc: Thay vì đốt thành lửa rồi chấp nhận hao hụt, thiết bị ép nhiên liệu chuyển hóa sâu bằng xúc tác và giữ nhiệt trong một vòng khép kín.

Nhờ cách làm này, nhiên liệu được chuyển hóa gần như hết (độ sâu oxy hóa vượt trội), nên lượng tiêu thụ giảm đáng kể và hiệu suất phát nhiệt tổng thể tăng lên. Về mặt môi trường, điều này mang lại hai lợi ích rõ ràng.

Thứ nhất, cùng một lượng nhiệt hữu ích nhưng đốt ít nhiên liệu hơn thì lượng CO₂ thải ra cũng giảm theo, vì mỗi kilogam hydrocarbon không được đốt đồng nghĩa với việc một phần carbon vẫn nằm yên trong lòng đất thay vì đi vào khí quyển.

Thứ hai, khi nhiên liệu được oxy hóa gần như hoàn toàn thì ít còn sót lại các sản phẩm cháy dở như CO, muội than hay hydrocarbon chưa cháy, vốn là những chất gây ô nhiễm không khí.

Quá trình diễn ra trong hệ kín cũng khiến các sản phẩm cháy độc hại thải ra khí quyển được loại bỏ ở mức tối đa, rất hữu ích ở những nơi cần giữ không khí sạch hoặc nơi việc xả khói bị hạn chế.

Ngoài ra, thiết bị vận hành ổn định và tự động. Người vận hành không phải canh lửa, và phản ứng không bị mất ổn định như ở lò đốt thông thường.