จีนสกัดเชื้อเพลิงสำหรับอาวุธความเร็วเหนือเสียงจากน้ำทะเล

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้พัฒนาเทคโนโลยีในการสกัดโบรอนจากน้ำทะเล ซึ่งเป็นธาตุสำคัญในการผลิตเชื้อเพลิงสำหรับอาวุธความเร็วเหนือเสียง

จากรายงานของ SCMP นักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยเกษตรและป่าไม้ตะวันตกเฉียงเหนือ (ประเทศจีน) ได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่ช่วยให้สามารถสกัดและเก็บรวบรวมโบรอนจากน้ำทะเลได้

โบรอนเป็นธาตุที่มีน้ำหนักเบา ใช้เป็นเชื้อเพลิงแข็งสำหรับเครื่องยนต์สแครมเจ็ตในอาวุธความเร็วเหนือเสียงขั้นสูงบางชนิดของจีน นอกจากนี้ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญในแม่เหล็กนีโอไดเมียม-เหล็ก-โบรอน ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและการป้องกันประเทศ

ท่ามกลางความตึงเครียดทางการค้าที่เกี่ยวข้องกับแร่ธาตุเชิงยุทธศาสตร์ ความต้องการแหล่งจัดหาโบรอนที่มั่นคง รวมถึงนีโอไดเมียมและเหล็ก จึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ต่อห่วงโซ่อุปทานทั่วโลก

ธาตุโบรอนมีบทบาทสำคัญในการผลิตเชื้อเพลิงสำหรับอาวุธความเร็วเหนือเสียงของจีน (ภาพ: SCMP)

จีนมีความต้องการใช้โบรอนมากที่สุด ในโลก แต่ไม่ใช่ผู้ผลิตรายใหญ่ แหล่งผลิตโบรอนส่วนใหญ่ของโลกมาจากตุรกีและสหรัฐอเมริกา

น้ำทะเลมีธาตุโบรอนในปริมาณน้อยมาก ซึ่งเทคโนโลยีการกรองน้ำทะเลแบบรีเวิร์สออสโมซิสในปัจจุบันไม่สามารถกำจัดออกไปได้ และอาจทำให้ความเข้มข้นของธาตุโบรอนเพิ่มขึ้นด้วย การใช้น้ำกรองที่ยังมีธาตุโบรอนปนเปื้อนอยู่เป็นเวลานานอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้

ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 7 พฤศจิกายนในวารสาร Science Bulletin ทีมวิจัยระบุว่า เทคโนโลยีการระเหยที่พื้นผิวโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (SDIE) กำลังได้รับการพิจารณาว่าเป็นทางออกที่ยั่งยืนสำหรับการผลิตน้ำจืด

ทีมวิจัยระบุว่า การบูรณาการสารดูดซับแบบเลือกสรรเข้ากับระบบ SDIE เมื่อไม่นานมานี้ ได้เปิดโอกาสในการแยกน้ำจืดและกู้คืนธาตุที่มีค่าหลายชนิด เช่น ลิเธียม ยูเรเนียม และซีเซียม ไปพร้อมกัน โดยต่อยอดจากพื้นฐานนั้น พวกเขาได้พัฒนาระบบที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตน้ำจืดและแยกโบรอนออกจากน้ำทะเลไปพร้อมกัน

ทีมวิจัยได้ประดิษฐ์เจลชนิดใหม่ชื่อ MMS โดยใช้โซเดียมอัลจิเนตเป็นฐาน และเสริมด้วยสารประกอบไฮเทคสองชนิด ได้แก่ MXene และ MgO MXene เป็นวัสดุนาโนสองมิติที่มีโครงสร้างคล้ายกราฟีน โดดเด่นในด้านประสิทธิภาพการแปลงพลังงานความร้อนจากแสง ซึ่งช่วยเร่งการระเหย ในขณะเดียวกัน MgO ทำหน้าที่เป็นสารดูดซับ ทำให้สามารถดักจับโบรอนได้อย่างเลือกสรร

เจล MMS ผลิตเป็นแผ่นบางหนา 2 มิลลิเมตร ชั้นบนลอยอยู่บนผิวน้ำเพื่อดูดซับแสงและแลกเปลี่ยนอากาศ ในขณะที่ชั้นล่างจุ่มอยู่ในน้ำทะเลเพื่อทำการดูดซับ

ภายใต้แสงแดด น้ำจะระเหยออกจากพื้นผิวของเจล ทำให้เกิดการไล่ระดับความเข้มข้นซึ่งดึงดูดน้ำทะเลขึ้นมาผ่านเจล ส่วนของเจลที่สัมผัสกับน้ำทะเลจะดูดซับน้ำและโบรอนอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่อนุภาค MgO ภายในจะกักเก็บโบรอนไว้

จากข้อมูลของทีมวิจัย น้ำจืดถูกผลิตขึ้นผ่านกระบวนการระเหยภายในเจลคอมโพสิต MXene-MgO ในขณะที่โบรอนสะสมอยู่ภายในเจล ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ระบบดังกล่าวสามารถทำอัตราการระเหยสูงสุดได้ 2.14 กิโลกรัมของน้ำต่อตารางเมตรของเจลต่อชั่วโมง และดักจับโบรอนได้ 225.52 มิลลิกรัม

ประสิทธิภาพของ MMS มาจากโครงสร้างรูพรุนแบบหลายชั้นที่เป็นเอกลักษณ์ และการผสมผสานระหว่าง MXene และ MgO โดย MXene ดูดซับแสงและเปลี่ยนพลังงานเป็นความร้อน ในขณะที่ MgO เป็นสารดูดซับโบรอนที่มีประสิทธิภาพ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความเข้มข้น และการไหลภายในเจลยังช่วยเร่งอัตราการดักจับโบรอนอีกด้วย

เพื่อตรวจสอบการใช้งานจริง ทีมงานได้ทำการทดสอบกลางแจ้งในฮ่องกง หลังจากใช้งานไปสามชั่วโมง พบว่ามีไอน้ำควบแน่นเกิดขึ้นที่ส่วนบนของอุปกรณ์ แม้ว่าปริมาณรังสีจากแสงอาทิตย์ในเดือนมีนาคมจะค่อนข้างอ่อน แต่เจลยังคงผลิตน้ำได้ 5.20 กิโลกรัมต่อตารางเมตร และดักจับโบรอนได้ 122.45 มิลลิกรัมต่อตารางเมตร โดยไม่พบไอออนของโบรอนในน้ำที่ควบแน่น

จากข้อมูลของทีมวิจัย เจล MMS สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายครั้ง หลังจากใช้งานไปเจ็ดรอบ ความสามารถในการดูดซับโบรอนยังคงสูงกว่า 86% ในขณะที่อัตราการระเหยลดลงเพียงเล็กน้อย

“ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า MMS มีศักยภาพสูงในการผลิตน้ำจืดและสกัดโบรอนจากน้ำทะเลหรือน้ำกร่อยไปพร้อมๆ กัน” ฟาน จื้อหมิน หัวหน้าโครงการวิจัยกล่าว พร้อมเสริมว่าทีมงานต้องการประเมินต้นทุนและความสามารถในการขยายขนาดของเทคโนโลยีเพื่อนำไปใช้ในระดับใหญ่ต่อไป

หัวหยู (ตาม SCMP)

ที่มา: https://vtcnews.vn/trung-quoc-chiet-xuat-nhien-lieu-vu-khi-sieu-thanh-tu-nuoc-bien-ar992127.html