VINACHEM

Vừa qua, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Toronto (Canađa) đã phát triển phương pháp điện hóa mới để chuyển hóa CO₂thành các sản phẩm có giá trị như nhiên liệu máy bay hoặc chất dẻo. Công nghệ này có thể giúp gia tăng đáng kể hiệu quả kinh tế của việc thu hồi và tái chế CO₂trực tiếp từ không khí.

Thu hồi trực tiếp cacbon từ không khí là một công nghệ mới nổi với mục tiêu sản xuất nhiên liệu hoặc chất dẻo từ nguồn cacbon trong khí quyển, thay cho nguyên liệu hóa thạch. Công ty Carbon Engineering tại Canada đã xây dựng một nhà máy pilot ở Squamish (British Columbia) để thu hồi CO₂ bằng cách cho không khí hấp thụ trong dung dịch kiềm, hòa tan CO₂ tạo thành cacbonat.

Nhưng thách thức mà các nhà khoa học gặp phải là những quá trình chuyển hóa CO₂ thành sản phẩm thương mại thường tiêu tốn rất nhiều năng lượng, vì thế chi phí tăng và hiệu quả kinh tế giảm. Chiến lược của nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Toronto là tăng hiệu quả năng lượng tổng thể bằng cách tránh một số công đoạn cần nhiều năng lượng.

Để được tái chế hoàn toàn, cacbonat hòa tan trong dung dịch kiềm thường được chuyển hóa lại thành khí CO₂, sau đó thành các khối thành phần hóa học - nền tảng để tạo thành nhiên liệu hoặc chất dẻo. Một phương pháp làm việc này là bổ sung hóa chất để biến đổi cacbonat thành bột muối rắn. Sau đó, bột muối được nung nóng ở nhiệt độ trên 900^oC để sinh ra khí CO₂, khí này tiếp tục trải qua nhiều bước biến đổi khác. Nhưng năng lượng cần thiết cho quá trình nung nóng khiến cho chi phí sản xuất sản phẩm tăng mạnh.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Toronto đã áp dụng phương pháp khác là sử dụng bình điện phân để chuyển hóa trực tiếp cacbonat hòa tan thành CO₂, hoàn toàn bỏ qua bước nung nóng. Nhóm nghiên cứu cho biết, họ sử dụng bình điện phân kiểu màng lưỡng cực, có khả năng tạo ra proton rất tốt. Những proton này chính là yếu tố cần thiết để chuyển hóa cacbonat trở lại thành CO₂.

Ngoài ra, bình điện phân của các nhà nghiên cứu Toronto còn có chất xúc tác chứa bạc, có thể chuyển hóa ngay lập tức CO₂ vừa sinh ra thành khí tổng hợp. Khí tổng hợp là nguyên liệu thường được sử dụng trong quy trình Fischer-Tropsch và có thể được biến đổi thành nhiều loại sản phẩm, kể cả các tiền chất để sản xuất nhiên liệu máy bay và chất dẻo.

Quy trình điện phân nói trên là phương pháp đầu tiên có thể chuyển hóa cacbonat thành khí tổng hợp chỉ trong một bước quá trình.

Mặc dù trước đây đã có nhiều kiểu bình điện phân được sử dụng để chuyển đổi CO₂ thành các khối thành phần hóa học, nhưng chưa loại nào có thể xử lý hiệu quả cacbonat. Hơn nữa, việc biến đổi CO₂ hòa tan trong chất lỏng thành cacbonat một cách dễ dàng là thách thức lớn đối với các công nghệ hiện có.

Hệ thống điện phân của các nhà khoa học nói trên độc đáo vì đạt hiệu quả sử dụng 100% cacbon, không gây lãng phí cacbon. Đồng thời, nó còn tạo ra khí tổng hợp là sản phẩm đơn lẻ ở đầu ra, nhờ đó giảm thiểu chi phí làm sạch sản phẩm.

ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chứng minh có thể chuyển đổi cacbonat thành khí tổng hợp với hiệu suất năng lượng tổng thể là 35%, bình điện phân duy trì hoạt động ổn định trong hơn sáu ngày.

Phạm Huệ

Theo ScienceDaily, 5/2019