Thiết bị mới thu hồi và chuyển hóa carbon dioxide thành sản phẩm hữu ích

Trong nỗ lực giảm thiểu tác động môi trường của carbon dioxide, một nhà nghiên cứu của Đại học Trung Florida (UCF) đã phát triển một công nghệ mới cho phép thu giữ carbon dioxide và tạo ra sản phẩm hữu dụng trong ngành năng lượng và hóa chất.

Phó giáo sư Yang Yang tại Trung tâm Công nghệ Nano của UCF đã tạo ra một thiết bị có khả năng thu giữ khí CO₂ nhờ bề mặt vi mô được làm từ một lớp oxit thiếc và một lớp fluorine. Sau đó, nhờ một điện cực sủi bọt, thiết bị sẽ biến đổi khí CO₂ thành khí CO và acid formic (HCOOH), những nguyên liệu thô quan trọng cho việc sản xuất hóa chất.

Công nghệ này, được mô tả chi tiết trong một nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Journal of the American Chemical Society, hướng tới việc giảm khí thải carbon của con người một cách bền vững đồng thời giải quyết nhu cầu sản xuất năng lượng thay thế. Các thiết bị thu giữ carbon này có thể được đặt tại các nhà máy điện, khu công nghiệp hoặc nhà máy sản xuất hóa chất. 

“Chúng tôi muốn tạo nên một công nghệ tốt hơn để cải thiện và làm sạch thế giới. Quá nhiều carbon dioxide sẽ gây nên hiệu ứng nhà kính và khiến cho Trái đất nóng lên rất nhanh. Đó là động lực khiến chúng tôi muốn phát triển vật liệu mới này để thu giữ và biến đổi khí thải thành các dạng hóa chất mà chúng ta có thể sử dụng”, PGS. Yang, cũng là thành viên của Cụm nghiên cứu Năng lượng tái tạo và Chuyển đổi hóa chất (REACT) thuộc Đại học UCF, nói.

Công nghệ này được họ lấy cảm hứng từ tự nhiên. “Chúng tôi muốn biết về cách hoạt động của các loài động thực vật. Đối với nghiên cứu này, chúng tôi học hỏi từ hoa sen. Ta biết rằng hoa sen có bề mặt chống thấm rất tốt, nghĩa là khi đổ nước lên, nước sẽ nhanh chóng trượt khỏi bề mặt. Ta cũng biết rằng cây xanh hấp thụ carbon dioxide và chuyển hóa thành oxy thông qua quá trình quang hợp”. 

Yang nghĩ ra công nghệ thu giữ CO₂ phỏng theo bề mặt hoa sen, trong đó nước rơi xuống bề mặt chống thấm của thiết bị sẽ được tách ra khỏi quá trình chuyển hóa CO₂. Ông cho rằng, quan trọng là phải kiểm soát được lượng nước trên bề mặt vì nước có thể làm ngập thiết bị hoặc làm gián đoạn quá trình chuyển đổi CO₂. “Nếu có quá nhiều nước xung quanh vật liệu, ta có thể sản xuất ra H₂ thay vì chuyển đổi CO₂ thành các dạng hóa chất khác. Điều đó sẽ làm giảm hiệu suất của toàn bộ quá trình. Vật liệu mà chúng tôi sử dụng có thể đẩy nước ra khỏi bề mặt, nhờ đó tránh được sự hình thành H₂ và nâng cao hiệu quả giảm CO₂. Nghĩa là, chúng tôi có thể sử dụng gần như toàn bộ điện năng cho phản ứng của mình”, Yang nói.

Nói chung, sau khi được thu giữ, khí CO₂ sẽ đi qua một điện cực và chuyển hóa thành các hóa chất chứa carbon như metanol (CH₃OH), metan (CH₄), etylen (C₂H₄), ethanol (C₂H₅OH), axetat (CH₃COO-), propanol (C₃H₇OH), tùy thuộc vào con đường phản ứng cụ thể trên chất xúc tác. Các quá trình chuyển hóa này được điều chỉnh để phù hợp với mục đích hơn so với quá trình quang hợp tự nhiên. “Chúng tôi chỉ đơn giản là giảm nồng độ CO₂ trong không khí và chuyển chúng thành pha lỏng và pha khí để có thể trực tiếp sử dụng những loại hóa chất và nhiên liệu được chuyển đổi cho các ứng dụng khác nhau”, Yang nói.

Ông đánh giá, nghiên cứu này đóng vai trò là bước khởi đầu quan trọng và là nghiên cứu cơ bản mở đường cho các phương pháp thu giữ CO₂ quy mô lớn. “Ở đây, chúng tôi đã kiểm tra kỹ lưỡng ý tưởng từ những nguyên tắc cơ bản nhất. Chúng tôi đã thử nghiệm hiệu suất ở quy mô phòng thí nghiệm, nhưng trong tương lai, chúng tôi muốn phát triển một nguyên mẫu lớn hơn để mọi người thấy chúng có thể chuyển đổi và giảm nồng độ CO₂, tạo ra hóa chất hoặc nhiên liệu nhanh như thế nào”.

Yang nói thêm, việc tận dụng nguồn điện bền vững sẽ là một bước tiến nữa trong việc đưa công nghệ chuyển đổi CO₂ thành hiện thực. “Trong quá trình hoạt động, chúng tôi có thể sử dụng các nguồn điện gián đoạn, chẳng hạn như điện mặt trời hoặc điện gió”. □

Diễm Quỳnh lược dịch

Nguồn: https://techxplore.com/news/2024-08-device-captures-products.html

Bài đăng Tia Sáng số 17/2024