Một nghiên cứu của Đại học Chiba tại Nhật Bản đã mang lại bước đột phá cho việc sản xuất hydro quy mô lớn từ nước. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng việc sửa đổi cực âm bằng bạch kim với các cơ sở purin tự nhiên (như caffeine và theophylline) có thể tăng hoạt động phản ứng tạo hydro (HER) lên hơn bốn lần, đồng thời giảm đáng kể lượng bạch kim sử dụng trong các thiết bị điện phân, góp phần giảm chi phí hydro xanh.
Hiện nay, việc sản xuất hydro từ nước đang gặp phải những thách thức về kinh tế do chi phí thiết bị điện phân cao, với giá lên tới 2.000–2.600 USD/kW vào năm 2024. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã đặt mục tiêu giảm chi phí hydro xanh xuống còn 2 USD/kg vào năm 2025 và 1 USD/kg vào năm 2030. Nghiên cứu do Tiến sĩ Kensuke Tanaka và Giáo sư Masashi Nakamura thuộc Khoa Kỹ thuật, Trường Đại học Chiba thực hiện, đã được công bố trực tuyến vào ngày 4 tháng 9 năm 2025 và xuất hiện trên Tạp chí Quốc tế Năng lượng Hydro, Tập 172, vào ngày 26 tháng 9.
Nguyêntắc Kỹ thuật nằm ở chỗ: trong quá trình điện phân, các ion hydro (H⁺) phải đầu tiên hấp phụ lên chất xúc tác; trong môi trường kiềm, việc phá vỡ liên kết O–H của nước bởi chất xúc tác làm tăng tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên, các dẫn xuất purin (như caffeine, xanthine, purine, theophylline và theobromine) có thể thúc đẩy sự hấp phụ hydro và tăng tốc phản ứng ngay cả trong điều kiện kiềm. Trong số đó, purine và theophylline làm tăng hoạt động HER lần lượt là 4,2 lần và 5 lần. Phân tích cấu trúc cho thấy các phân tử purine tạo thành mạng lưới liên kết hydro hình lồng với nước xung quanh, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ OH⁻ và giảm rào cản năng lượng cho HER.
Giáo sư Masashi Nakamura chỉ ra rằng sự khan hiếm bạch kim hạn chế khả năng mở rộng của công nghệ điện phân nước và pin nhiên liệu;giảm lượng bạch kim là chìa khóa. Phương pháp này sử dụng các vật liệu tự nhiên phong phú, kết hợp khả năng mở rộng và bảo vệ môi trường, có thể vừa giảm chi phí sản xuất hydro vừa cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các hệ thống sản xuất hydro. Nó có tầm quan trọng đáng kể đối với việc đạt được mục tiêu carbon trung hòa thông qua điện phân nước bằng năng lượng tái tạo.
