VINACHEM

Hiện nay đã có nhiều quy trình khác nhau có thể chuyển hóa CO₂thành hydrocacbon, nhưng chúng thường chỉ cho phép sản xuất các hydrocacbon dễ bay hơi với một nguyên tử cacbon, ví dụ metan hoặc metanol. Việc tạo ra các liên kết C-C để sản xuất các hydrocacbon mạch dài dạng lỏng vẫn là một thách thức lớn.

Mới đây, hai nhóm nghiên cứu đã độc lập phát triển chất xúc tác có thể chuyển hóa CO₂ và hydro thành xăng ở nhiệt độ cao.

Một nhóm nghiên cứu tại Viện nghiên cứu tiên tiến Thượng Hải (Trung Quốc) đã chế tạo chất xúc tác hai chức năng, có khả năng chuyển hóa metanol thành hydrocacbon mạch dài. Chất xúc tác này kết hợp các hạt inđi oxit bị khử một phần, có khả năng chuyển hóa CO₂ và hydro thành metanol trong một tầng sôi, với các hạt zeolit Socony Mobil-5 (HZSM-5). Hiện nay, chất xúc tác đang được ưa chuộng sử dụng trong công nghiệp để sản xuất metanol từ CO₂ và hydro là một hỗn hợp đồng và thiếc oxit trên nền alumin. Nhiều nhà nghiên cứu đã tìm cách kết hợp chất xúc tác này cũng như các chất xúc tác khác với zeolit. Tuy nhiên, các chất xúc tác khác thường tạo ra những lượng lớn CO thông qua phản ứng dịch chuyển ngược nước - khí, phản ứng này cạnh tranh với quá trình tạo metanol. ở nhiệt độ cao cần thiết để zeolit chuyển hóa metanol thành xăng, độ chọn lọc của phản ứng đối với CO đạt đến 97%. Nhưng chất xúc tác inđi oxit xúc tác phản ứng dịch chuyển ngược nước-khí ít hiệu quả hơn, vì vậy tạo thành nhiều metanol, từ đó sẽ được zeolit chuyển hóa thành các hydrocacbon mạch dài.

Trái lại, các nhà nghiên cứu tại Viện Hóa lý Đại Liên (Trung Quốc) đã kết hợp zeolit HZSM-5 với magnetit bị khử một phần, đây là chất xúc tác có khả năng hỗ trợ mạnh phản ứng dịch chuyển ngược nước - khí và tạo ra nhiều CO hơn. Khi cho magnetit chịu tác động của môi trường phản ứng, một số điểm vị trí Fe₃O₄ sẽ bị chuyển hóa thành các điểm vị trí Fe₂O₃ với khả năng xúc tác phản ứng tổng hợp Fischer-Tropsch - đây là phản ứng chuyển hóa CO thành các a-olephin. Tương tự như metanol, các a-olephin sẽ phản ứng để tạo thành hydrocacbon mạch dài khi có mặt chất xúc tác zeolit HZSM-5.

Các nhà nghiên cứu Thượng Hải đã đạt tỷ lệ chuyển hóa CO₂ thành hydrocacbon là 13%, trong khi đó nhóm nghiên cứu tại Đại Liên đạt được tỷ lệ chuyển hóa 22%. Cả hai nhóm đã phát hiện ra rằng 78% hydrocacbon được tạo ra có chứa ít nhất 5 nguyên tử cacbon. Những phản ứng được giới thiệu đều là những phản ứng tỏa nhiệt: năng lượng cần để tạo ra CO₂ được lấy từ hydro. Theo các nhà nghiên cứu, một trong những cách để thực hiện việc đó có thể là sử dụng năng lượng Mặt Trời để sản xuất điện, sau đó sử dụng điện năng để điện phân nước và thu được hydro.

Một nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Oxford (Anh), cho rằng những phát hiện trên rất hữu ích để chuyển hóa trực tiếp CO₂ thành xăng. Một trong những lợi ích rõ ràng của những phản ứng như trên là khả năng loại bỏ liên tục các chất trung gian như metanol để dịch chuyển cân bằng phản ứng về phía có lợi cho sản xuất metanol. Tuy nhiên, ông cho rằng thách thức lớn ở đây là khả năng sản xuất hydro một cách bền vững, vì điện phân nước để sản xuất hydro là phương pháp rất tốn kém.

HV

Theo ChemistryWorld, 6/2017