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. Công nghệ này có thể giúp gia tăng đáng kể hiệu quả kinh tế của việc thu hồi và tái chế cacbon trực tiếp từ không khí.

Giáo sư Ted Sargent - người đứng đầu nhóm nghiên cứu - cho biết, ngày nay về mặt công nghệ người ta có thể thu giữ CO₂ từ không khí và chuyển hóa nó thành các sản phẩm thương mại. Nhưng thách thức mà các nhà khoa học gặp phải là quá trình này cần rất nhiều năng lượng, vì thế chi phí cao và hiệu quả kinh tế thấp. Chiến lược của nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Toronto là tăng hiệu quả năng lượng tổng thể bằng cách ngăn ngừa một số tổn thất tiêu tốn nhiều năng lượng.

Thu hồi trực tiếp CO₂ từ không khí là một công nghệ mới với mục đích sản xuất nhiên liệu hoặc chất dẻo từ nguồn cacbon sẵn có trong khí quyển, thay vì sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Công ty Carbon Engineering tại Canađa đã xây dựng một nhà máy pilot ở Squamish, British Columbia, để thu hồi CO₂ bằng cách sục không khí trong dung dịch kiềm, tạo thành cacbonat.

Để được tái chế hoàn toàn, cacbonat đã hòa tan thường được chuyển hóa lại thành khí CO₂, sau đó thành các khối thành phần hóa học - nguyên liệu cơ bản để sản xuất nhiên liệu hoặc chất dẻo. Một phương pháp có thể được áp dụng là bổ sung hóa chất để biến đổi cacbonat thành muối rắn, sau đó nung nóng bột muối ở nhiệt độ trên 900^oC để sinh ra khí CO₂, khí này sẽ tiếp tục trải qua nhiều bước biến đổi khác. Nhưng năng lượng dùng để nung nóng khiến cho chi phí của quá trình rất cao.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Toronto đã thử nghiệm sử dụng thiết bị điện phân để chuyển hóa trực tiếp cacbonat hòa tan thành CO₂, hoàn toàn bỏ qua bước trung gian là nung nóng.

Nhóm nghiên cứu cho biết, họ sử dụng màng lưỡng cực cho thiết bị điện phân, có khả năng tạo ra proton rất tốt 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 hóa học phổ biến cho quy trình Fischer-Tropsch, có thể dễ dàng chuyển hóa thành nhiều loại sản phẩm, từ tiền chất nhiên liệu máy bay cho đến chất dẻo.

Các nhà khoa học cho biết, đây là quy trình đầu tiên có thể thực hiện phản ứng biến đổi cacbonat thành khí tổng hợp chỉ qua một bước.

Mặc dù trước đây đã có nhiều bình điện phân được sử dụng để chuyển đổi CO₂ thành các khối thành phần hóa học, nhưng không loại nào có thể xử lý hiệu quả cacbonat. Hơn nữa, CO₂ hòa tan trong chất lỏng có thể chuyển hóa dễ dàng thành Cacbonat, đây là thách thức lớn đối với các công nghệ hiện có. Khi CO₂ đã biến đổi thành Cacbonat, nó sẽ không thể tiếp cận hệ thống điện phân kiểu truyền thống. Đó là một phần lý do khiến cho những bình điện phân này có năng suất và hiệu quả thấp.

Điểm độc đáo của hệ thống điện phân mới nói trên là hiệu quả sử dụng cacbon đạt 100%: không có cacbon bị lãng phí. Đồng thời, nó còn tạo ra khí tổng hợp như sản phẩm duy nhất, vì vậy giảm chi phí làm sạch sản phẩm.

Ở quy mô phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã chứng minh khả năng chuyển đổi Cacbonat thành khí tổng hợp với hiệu suất năng lượng tổng thể là 35% và bình điện phân vẫn duy trì hoạt động ổn định trong hơn sáu ngày.

Phạm Huệ

Theo ScienceDaily, 5/2019