Nhóm nghiên cứu ở Đại học Delaware (Hoa Kỳ) đã phát triển một hệ thống điện hóa mới chạy bằng nhiên liệu hydro có thể thu giữ hiệu quả 99% CO2 từ không khí. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc thu giữ CO2 và góp phần thị trường hoá các loại pin nhiên liệu (fuel cell) thân thiện môi trường.

Pin nhiên liệu hoạt động bằng cách biến đổi trực tiếp hóa năng của nhiên liệu thành điện năng. Chúng có thể ứng dụng trong giao thông vận tải cho những chiếc xe hybird hoặc xe điện (EV).

Yushan Yan, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, đã dành nhiều thời gian để cải tiến các pin nhiên liệu có màng trao đổi bằng hydroxit (hydroxide exchange membrane - HEM), một loại pin thay thế có tính kinh tế và thân thiện với môi trường hơn so với những loại pin nhiên liệu dựa trên axit truyền thống hiện nay. Tuy nhiên, nhược điểm là pin HEM cực kỳ nhạy cảm với CO2 trong không khí. Về cơ bản, pin HEM không thể “thở” bình thường khi không khí đậm đặc CO2. Điểm yếu này làm giảm hiệu quả của pin tới 20%, khiến pin nhiên liệu không tốt hơn động cơ xăng là mấy.

Mặc dù vấn đề này là nhược điểm của pin nhiên liệu, nhưng nhóm nghiên cứu nhận thấy có thể tận dụng quá trình “tự thanh lọc” trong một bộ phận riêng biệt trước tổ hợp pin nhiên liệu, biến nhược điểm này thành một thiết bị tách CO2 hiệu quả. Bằng cách nhúng nguồn điện vào bên trong màng phân tách. Phương pháp này làm đoản mạch, nhưng có thể kiểm soát được sự đoản mạch bên trong thiết bị.

“Hóa ra cách tiếp cận của chúng tôi rất hiệu quả, giúp thu giữ 99% lượng CO2 ra khỏi không khí trong một lượt nếu chúng ta có được một thiết kế và cấu hình phù hợp”, GS. Yan cho biết.

 “Quả thực ẩn chứa nhiều nguy cơ, nhưng chúng tôi đã kiểm soát được pin nhiên liệu đoản mạch này bằng hydro. Và bằng cách sử dụng những màng đoản mạch bên trong, chúng tôi có thể loại bỏ những thành phần cồng kềnh như tấm lưỡng cực, bộ thu dòng điện hoặc các loại dây dẫn thường thấy trong một bộ pin nhiên liệu”, nhà nghiên cứu Shi Lin, đồng tác giả nhận định.

Trên thực tế, việc đưa dây điện vào bên trong màng tạo đoản mạch đã giúp các hạt CO2 dễ dàng di chuyển từ bên này sang bên kia. Nó cũng cho phép nhóm nghiên cứu xây dựng một module xoắn ốc gọn chặt, với diện tích bề mặt lớn và khối lượng nhỏ, có khả năng lọc được lượng khí nhiều hơn, ít chi phí hơn, và quan trọng  là giúp ứng dụng này dễ dàng mở rộng quy mô thị trường.

Kết quả của nhóm nghiên cứu cho thấy một tế bào điện hóa có kích thước 2x2 inch có thể liên tục loại bỏ khoảng 99% lượng CO2 trong dòng khí với tốc độ khoảng 2 lít/phút. Nguyên mẫu thiết bị xoắn ốc ban đầu với kích thước bằng 1 lon nước ngọt 340g (12 ounce) có thể lọc được 10 lít không khí mỗi phút và loại bỏ 98% lượng CO2.

Khi tăng quy mô để lắp lên ô tô, thiết bị sẽ mang kích cỡ tương đương 4 lít. Tuy nhiên ứng dụng của nó sẽ không dừng tại đó. Đây có thể là thiết bị loại bỏ CO2 hiệu quả trong tàu vũ trụ hoặc tàu ngầm. Tương lai xa có thể được sử dụng trong máy bay và các tòa nhà, giúp tiết kiệm năng lượng bằng biện pháp tuần hoàn không khí.

Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature Energy.

Nguồn: CESTI