Trong bối cảnh các vấn đề về biến đổi khí hậu ngày càng trở nên nghiêm trọng, công nghệ thu giữ và chuyển đổi carbon dioxide (CO2) là một giải pháp quan trọng để giảm thiểu khí thải và bảo vệ môi trường. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Central Florida (UCF) đã phát triển một thiết bị tiên tiến có khả năng thu giữ CO2 từ không khí và chuyển đổi nó thành các sản phẩm hữu ích. Thiết bị này là một bước đột phá trong nỗ lực giảm lượng khí nhà kính và cung cấp nguồn năng lượng thay thế bền vững.

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của thiết bị

Thiết bị của nhóm nghiên cứu UCF sử dụng bề mặt vi mô bao gồm màng oxit thiếc (SnO2) và lớp phủ flo. Khi CO2 được thu giữ trên bề mặt của thiết bị, nó sẽ được chuyển qua một điện cực, tại đây xảy ra quá trình chuyển đổi có chọn lọc từ CO2 thành carbon monoxide (CO) và axit formic (HCOOH). Cả CO và HCOOH đều là nguyên liệu thô quan trọng trong nhiều quá trình sản xuất công nghiệp. Điều đặc biệt về thiết bị này là khả năng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự quá trình quang hợp của thực vật. Nhờ vào thiết kế mô phỏng bề mặt lá sen, thiết bị có thể đẩy nước ra khỏi bề mặt, ngăn chặn nước tiếp xúc quá mức với CO2 và chất xúc tác, từ đó tăng hiệu quả của quá trình chuyển đổi.

Lấy cảm hứng từ hoa sen

Theo Phó giáo sư Yang Yang, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, công nghệ này được lấy cảm hứng từ cấu trúc bề mặt lá sen – một bề mặt kỵ nước, giúp nước dễ dàng trượt ra ngoài. Tương tự, thiết bị thu giữ CO2 của UCF cũng được thiết kế với bề mặt có khả năng đẩy nước, nhờ đó tránh được các vấn đề như ngập nước hoặc gián đoạn quá trình chuyển đổi CO2. Ông Yang cho biết việc quản lý cẩn thận lượng nước trên bề mặt vật liệu là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của quá trình. Nếu không kiểm soát tốt, lượng nước quá mức có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi hoặc thậm chí làm ngưng hoạt động của thiết bị.

Quy trình chuyển đổi carbon dioxide thành sản phẩm hữu ích

Quá trình khử CO2 bằng điện cực và xúc tác của thiết bị này có thể tạo ra các hợp chất chứa carbon khác nhau như metanol, metan, ethylene, ethanol, axetat và propanol. Tùy thuộc vào chất xúc tác và con đường phản ứng, CO2 có thể được chuyển hóa thành các sản phẩm có giá trị kinh tế cao, được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, năng lượng, và sản xuất nhiên liệu.

Một trong những thách thức lớn trong các công nghệ thu giữ CO2 là đảm bảo rằng nước không làm gián đoạn phản ứng điện hóa. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các vật liệu đặc biệt để đảm bảo rằng nước không lan rộng trên bề mặt xúc tác, giúp tránh sự hình thành hydro và sử dụng gần như toàn bộ năng lượng cho quá trình chuyển đổi CO2. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị và làm tăng lượng CO2 được thu giữ và chuyển đổi.

Tiềm năng ứng dụng của công nghệ mới

Phó giáo sư Yang Yang nhấn mạnh rằng thiết bị thu giữ và chuyển đổi CO2 của UCF có thể được lắp đặt tại các nhà máy điện, nhà máy hóa chất hoặc cơ sở công nghiệp nơi có lượng lớn CO2 được thải ra. Tại các cơ sở này, thiết bị có thể thu giữ khí thải CO2, sau đó chuyển đổi chúng thành các sản phẩm có giá trị như nhiên liệu hoặc hóa chất. Nhờ vào tính linh hoạt và khả năng tùy chỉnh quy trình chuyển đổi, công nghệ này hứa hẹn sẽ trở thành một giải pháp khả thi để giải quyết vấn đề khí thải CO2 trên quy mô lớn.

Trong khi các phương pháp khác như trồng cây hoặc phát triển công nghệ thu giữ CO2 trên quy mô lớn thường tốn nhiều thời gian và chi phí, thiết bị của UCF mang lại một sự thay thế khả thi và hiệu quả hơn. Bằng cách tận dụng các phản ứng điện hóa học để chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm hữu ích, công nghệ này có tiềm năng giảm đáng kể chi phí sản xuất và giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trường.

Phát triển nguyên mẫu lớn hơn và triển vọng tương lai

Sau khi đạt được những kết quả ban đầu, nhóm nghiên cứu tại UCF đang lên kế hoạch phát triển một nguyên mẫu lớn hơn của thiết bị thu giữ CO2. Mục tiêu của nhóm là tăng đáng kể tốc độ thu giữ CO2 và tối ưu hóa quá trình chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm hữu ích. Việc mở rộng quy mô sản xuất và phát triển thiết bị trên diện rộng sẽ giúp thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.

Ngoài ra, thiết bị cũng có tiềm năng để phát triển thành các hệ thống thu giữ CO2 tự động, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên thiên nhiên như cây xanh để hấp thụ CO2. Điều này không chỉ góp phần làm giảm lượng khí thải CO2 trong không khí, mà còn tạo ra một chu trình sản xuất khép kín, nơi các chất thải khí nhà kính được tái sử dụng để sản xuất các sản phẩm có giá trị.

Tầm quan trọng của việc thu giữ và chuyển đổi CO2

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự gia tăng của các hoạt động công nghiệp, việc thu giữ và chuyển đổi CO2 ngày càng trở nên cần thiết. Các công nghệ thu giữ CO2 có tiềm năng lớn để giảm thiểu tác động tiêu cực của khí thải nhà kính, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và duy trì hệ sinh thái.

Công nghệ thu giữ và chuyển đổi CO2 của UCF không chỉ có khả năng làm giảm lượng CO2 trong khí quyển mà còn cung cấp các giải pháp kinh tế thông qua việc tạo ra các sản phẩm có giá trị. Nhờ vào tính ứng dụng cao và khả năng tùy chỉnh, công nghệ này hứa hẹn sẽ mở ra những cơ hội mới cho các ngành công nghiệp sử dụng carbon và đóng góp vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Kết luận

Thiết bị mới của Đại học Central Florida là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực thu giữ và chuyển đổi CO2. Bằng cách tận dụng các phản ứng điện hóa và thiết kế lấy cảm hứng từ thiên nhiên, thiết bị này có thể thu giữ hiệu quả khí CO2 và chuyển đổi nó thành các sản phẩm hữu ích như CO và axit formic. Nhờ vào tiềm năng ứng dụng rộng rãi và khả năng giảm thiểu chi phí, công nghệ này hứa hẹn sẽ trở thành một phần quan trọng trong chiến lược toàn cầu nhằm giảm thiểu tác động của khí thải CO2 và bảo vệ môi trường. Trong tương lai, việc phát triển và mở rộng quy mô sản xuất thiết bị này có thể giúp giải quyết một phần quan trọng của cuộc khủng hoảng biến đổi khí hậu toàn cầu.

Nguồn: CESTI