VINPA

Trái ngược với một lý thuyết làm tiêu chuẩn chất lượng dầu mỏ trong hơn 8 năm qua, mới đây các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Illinois, Urbana-Champaign đã tạo ra bước đột phá có triển vọng lớn cho ngành công nghiệp dầu mỏ.

Nghiên cứu này tiết lộ, đối với các sản phẩm có thể dự đoán trong tương lai như dầu thô và xăng, có thể vận chuyển qua các quốc gia nhanh hơn 30 lần so với hiện tại, và thời gian mất vài phút để bơm vào thùng gas giờ có thể giảm xuống còn vài giây.

Hơn một năm qua, khi sử dụng các nguồn neutron thông lượng cao tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL), một nhóm Illinois do Yang Zhang, trợ lý giáo sư về hạt nhân, plasma, và kỹ thuật phóng xạ (NPRE) và Viện Beckman tại Illinois, đã ghi được video về chuyển động phân tử của các phân tử ankan, một thành phần chính trong dầu mỏ và khí đốt tự nhiên. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng có thể giảm được đáng kể độ dày của các ankan lỏng, từ đó cho phép tăng đáng kể tốc độ dòng chảy của chất này.

“Ankan về cơ bản là một chuỗi nguyên tử cacbon. Khi thay đổi một nguyên tử cacbon trong cột trụ của một phân tử ankan, chúng tôi có thể làm cho nó chảy nhanh hơn đến 30 lần”, Zhang cho biết.

Khám phá này của nhóm nghiên cứu đã bác bỏ một lý thuyết năm 1940 nổi tiếng của giáo sư Đại học Princeton Walter Kauzmann và Henry Eyring. Hai giáo sư đã dự đoán rằng tất cả các ankan có độ nhớt dẻo chung gần bằng điểm nóng chảy của chúng. Và theo Zhang cho biết, lý thuyết này đã được trích dẫn đến hơn 3.000 lần.

Nhóm nghiên cứu phát hiện thấy một hiệu ứng chẵn-lẻ khá đặc biệt về động lực học của ankan lỏng. Hiệu ứng chẵn-lẻ này ở những ankan rắn cũng đã được giới thiệu trong hầu hết các sách giáo khoa hóa học hữu, có nghĩa là, sự khác biệt trong việc đóng gói tuần hoàn các ankan rắn có số chẵn và lẻ đã dẫn đến sự biến đổi chẵn-lẻ về mật độ và điểm nóng chảy. Nhưng hiệu ứng tương tự này chưa chắc cũng xảy ra trong ankan lỏng bởi vì chất lỏng không có các cấu trúc tuần hoàn.

“Đối với lý thuyết cổ điển của Kauzmann-Eyring về lưu lượng chảy của phân tử chất dính là quá đơn giản”, Zhang nói. “Dường như cần phải sửa đổi một số nội dung trong sách giáo khoa hóa học”.

Lợi thế của nhóm nghiên cứu Illinois là có được một thiết bị có khả năng ghi lại sự di chuyển các neutrons có tốc độ siêu cao và sự dung giải siêu nhanh trong phân tử. “Thiết bị này chính là bước đột phá lớn trong nghiên cứu vật liệu và nhờ đó nhóm nghiên cứu có thể quan sát được mọi thứ và phát hiện thấy có nhiều thứ chưa từng được quan sát thấy trước đó”, Zhang cho biết.

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition. Phát hiện này là nền tảng khoa học giúp chúng ta có thể hiểu rõ và cải thiện một phổ lớn trong các quá trình xử lý hóa học như dầu bôi trơn, sự tán xạ qua môi trường xốp, và truyền nhiệt.