Graphene mỏng hơn tóc người 1 triệu lần nhưng lại bền hơn thép. Vật liệu carbon 2 chiều này cực kỳ nhẹ, dẫn điện và linh hoạt, có tiềm năng đem lại công nghệ đột phá trong nhiều ngành công nghiệp, từ điện tử đến giao thông vận tải.

Mới đây, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Khalifa còn khám phá một ứng dụng khác của graphene đó là tạo nước uống. Giáo sư Hassan Arafat (Trung tâm nghiên cứu và sáng tạo Vật liệu graphene và 2D) cho biết: “Tại UAE, tất cả nước uống đều là nước khử mặn, vì vậy đây là lĩnh vực vô cùng quan trọng đối với nền kinh tế”.

Khử mặn là quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển và làm sạch chúng để có thể uống được. Công nghệ này không chỉ quan trọng ở UAE, biến đổi khí hậu cùng ô nhiễm ngày càng trầm trọng đang đe dọa đến nguồn cung nước ngọt vốn hạn chế trên toàn cầu.

Nhưng khử mặn đắt đỏ và tiêu tốn nhiều năng lượng. Nghiên cứu của Đại học Khalifa có thể đem lại thay đổi: giáo sư Arafat cùng đồng nghiệp nghiên cứu một loại màng tăng cường graphene giúp quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển hiệu quả hơn mà chi phí lại rẻ hơn.

Giáo sư Arafat giải thích graphene có thể kéo dài tuổi thọ màng lọc bằng cách ngăn ngừa hiện tượng vi khuẩn tích tụ làm giảm hiệu quả, qua đó giảm mức sử dụng năng lượng khiến chi phí không tăng lên.

“Ngay cả chỉ với lượng nhỏ, graphene vẫn cải thiện được hiệu suất tạo nước”, theo giáo sư Arafat. Màng đang ở giai đoạn phát triển nhưng sẽ được sản xuất tại Đại học Manchester (Anh) vào năm tới, sau đó đưa đến một nhà máy khử mặn thử nghiệm.

Nhóm nghiên cứu Đại học Khalifa không phải đơn vị duy nhất xem graphene như giải pháp khử mặn tiềm năng, các công ty khởi nghiệp chẳng hạn như Watercycle Technologies hiện cũng phát triển loại màng tương tự để loại bỏ một số khoáng chất cụ thể trong nước.

Sản xuất graphene từ methane

Sản xuất graphene quy mô lớn rất khó khăn và tốn kém. Phương thức sản xuất phổ biến là loại bỏ từng lớp graphene đơn lẻ ra khỏi graphite. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu Đại học Khalifa muốn tìm cách cắt giảm chi phí lẫn thời gian mà không ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu thu được.

Còn một phương thức sản xuất nữa là dùng plasma hóa học tách carbon từ các loại khí như methane (sản phẩm phụ của ngành dầu khí).

UAE là một trong số quốc gia sản xuất dầu mỏ hàng đầu thế giới, nhưng quốc gia Trung Đông mong muốn đa dạng hóa nền kinh tế và hướng tới mục tiêu không phát thải vào năm 2050. Graphene có thể giúp họ đạt hai tham vọng này, Trung tâm nghiên cứu và sáng tạo Vật liệu graphene và 2D đang hợp tác với công ty Anh Levidian phát triển quy trình plasma hóa học riêng.

Giáo sư James Baker (Đại học Manchester) cho biết, bất cứ vật liệu gốc carbon nào - gồm cả chất thải ngành dầu khí lẫn sản phẩm từ dầu mỏ như lốp xe - đều có thể được sử dụng để sản xuất graphene bằng phương pháp hóa học. Hơn nữa sản xuất graphene từ methane còn đem lại hydro nhiên liệu.

Cẩm Bình