Trong bối cảnh thế giới đang đối mặt với bài toán cạn kiệt tài nguyên hóa thạch và áp lực ngày càng lớn từ ô nhiễm môi trường, việc tìm kiếm các giải pháp năng lượng sạch, tận dụng nguồn tài nguyên tái tạo đang trở thành ưu tiên hàng đầu của nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, với lợi thế lớn về nguồn sinh khối từ nông nghiệp và công nghiệp chế biến, nghiên cứu chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu đang mở ra những hướng đi đầy triển vọng. 

Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu do TS. Trần Thị Liên cùng các cộng sự tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu đã tập trung vào công nghệ cacbon hóa thủy nhiệt (Hydrothermal carbonization - HTC) , đây là một phương pháp chuyển hóa sinh khối trong môi trường nước dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Công nghệ này mô phỏng quá trình hình thành than trong tự nhiên nhưng diễn ra trong thời gian ngắn hơn, tạo ra sản phẩm trung gian gọi là hydrochar, có hàm lượng carbon cao và nhiều tiềm năng ứng dụng làm nhiên liệu rắn hoặc vật liệu chức năng.

Điểm khác biệt quan trọng của nghiên cứu nằm ở việc ứng dụng các hệ xúc tác trong quá trình carbon hóa thủy nhiệt. Trong khi các quy trình HTC truyền thống thường đòi hỏi nhiệt độ cao và thời gian phản ứng dài, việc sử dụng xúc tác đã giúp thúc đẩy các phản ứng hóa học diễn ra nhanh hơn, đồng thời làm giảm đáng kể yêu cầu về năng lượng. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành tổng hợp và khảo sát nhiều loại xúc tác khác nhau như zeolit Y, cao lanh hoạt hóa, γ-Al₂O₃ và các vật liệu γ-Al₂O₃ biến tính kim loại, nhằm đánh giá khả năng hỗ trợ quá trình chuyển hóa sinh khối.

Trên cơ sở thử nghiệm với các nguyên liệu sinh khối tiêu biểu, từ cellulose mô hình đến một số loại phụ phẩm phổ biến trong chế biến gỗ như mùn cưa, kết quả cho thấy xúc tác 10%Fe₂O₃/γ-Al₂O₃ dạng viên thể hiện hiệu quả vượt trội. Dưới điều kiện phản ứng tương đối ôn hòa, sản phẩm hydrochar thu được có tỷ lệ thu hồi cao, hàm lượng carbon lớn và cấu trúc ổn định, đáp ứng tốt yêu cầu của một dạng nhiên liệu rắn sạch. Đáng chú ý, hiệu suất chuyển hóa carbon vào sản phẩm đạt mức cao, cho thấy khả năng tận dụng tối đa nguyên liệu đầu vào.

Song song với thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình tối ưu hóa các thông số công nghệ bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, giúp xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ, thời gian phản ứng, hàm lượng xúc tác và chất lượng sản phẩm. Việc ứng dụng các công cụ mô phỏng đã góp phần rút ngắn thời gian nghiên cứu, đồng thời nâng cao độ chính xác trong việc lựa chọn điều kiện vận hành phù hợp cho từng loại sinh khối cụ thể.

Không chỉ dừng lại ở giá trị khoa học, kết quả của đề tài còn mang ý nghĩa thực tiễn rõ nét. Việc chuyển hóa sinh khối thành carbon nhiên liệu góp phần giảm áp lực xử lý chất thải rắn, tận dụng hiệu quả các phụ phẩm nông nghiệp vốn đang bị bỏ phí hoặc xử lý theo những cách gây ô nhiễm môi trường. Đồng thời, hydrochar có thể trở thành nguồn nhiên liệu thay thế một phần than đá trong các ứng dụng nhiệt, qua đó góp phần giảm phát thải khí nhà kính và thúc đẩy quá trình chuyển dịch năng lượng theo hướng bền vững.

Trong bối cảnh Việt Nam đang từng bước triển khai các cam kết về giảm phát thải và phát triển kinh tế tuần hoàn, nghiên cứu của TS. Trần Thị Liên và các cộng sự được đánh giá là phù hợp với định hướng chiến lược quốc gia. Công nghệ xúc tác thủy nhiệt không chỉ mở ra hướng đi mới trong xử lý sinh khối mà còn đặt nền móng cho việc phát triển các chuỗi giá trị năng lượng sinh học, gắn kết giữa nghiên cứu khoa học và nhu cầu thực tiễn của sản xuất.