Hiện có hai quá trình phục vụ cho việc tái chế carbon dioxide (CO2) thành nhiên liệu và hóa chất nhưng cả hai quá trình này đều tiêu tốn năng lượng, chưa thực sự hiệu quả hay thân thiện với môi trường do năng lượng bên trong phản ứng CO2 thấp.
Theo CNRS, CO2 được biết đến bởi tác động của nó đối với hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên nó ít được biết đến như các chất phế thải thông thường khác là có thể được tái chế thành nhiên liệu và hóa chất.
Phương pháp tái chế CO2 thân thiện với môi trường
Hiện nay, có hai quá trình phục vụ cho việc tái chế CO2 thành nhiên liệu và hóa chất nhưng cả hai quá trình này đều tiêu tốn năng lượng, chưa thực sự hiệu quả hay thân thiện với môi trường do năng lượng bên trong phản ứng CO2 thấp. Các nhà hóa học thuộc SIS2M1 tại Saclay đã tìm ra được phương pháp mới để tái chế CO2 một cách có hiệu quả nhất.
Đầu tiên là phương pháp xử lý “ngang” theo kiểu truyền thống, các nguyên tử cacbon được “chức năng hóa” , nghĩa là làm cho nó tạo được những liên kết mới với oxi, nitơ, và các nguyên tử cacbon còn lại để có thể dễ dàng kết hợp vào vật liệu, ví dụ như nhựa polyme phân hủy sinh học (polycacbonat).
Chúng ta đang tiến gần đến cuộc cách mạng tái chế CO2.
Tiếp theo là phương pháp xử lý “dọc” nhằm làm giảm lượng khí CO2, trong đó cung cấp năng lượng cho phản ứng CO2 bằng cách kết hợp các nguyên tử hyđro để tạo ra những phân tử mới như axit fomic, focmanđêhyt hay metanol.
Thibault Cantat, trưởng một nhóm nghiên cứu thuộc SIS2M, đã kết hợp hai phương pháp trên thành một phương pháp mới hay còn gọi là phương pháp “chéo”. Trong phương pháp mới này các phân tử cacbon được kết hợp thành những hóa chất trong khi vẫn đem lại năng lượng cho phản ứng CO2.
Ứng dụng phương pháp mới này, các nhà nghiên cứu có thể tái chế CO2 thành focmamit là chất được sử dụng nhiều trong dệt may, dược phẩm và vật liệu dính. Trong khi trước đây, focmamit chỉ có thể tách từ hyđrocacbon.
Ông Cantat cũng cho biết rằng: “Áp dụng phương pháp này thì lợi ích tăng gấp hai lần, không chỉ làm giảm sự phụ thuộc vào hyđrocacbon mà còn loại bỏ một quá trình gây ô nhiễm môi trường cao.”
Vì theo các phương pháp truyền thống, khi tổng hợp focmamit từ hyđrocacbon đòi hỏi các khí độc hại phải được xử lý ở nhiệt độ cao, trong khi sử dụng phương pháp “chéo”, các chất hóa học được sử dụng ở đây rẻ và không độc hại, phản ứng xảy ra ở áp suất và nhiệt độ thấp.
Bên cạnh đó, phương pháp này có thể áp dụng được với các chất hóa học khác, với việc sử dụng chất khử và các chất phản ứng chức năng khác. “Ví dụ khi thay thế amin bằng rượu, sẽ làm cho phản ứng có thể tổng hợp các dạng akyl và hóa dầu thường được sử dụng trong thuốc trừ sâu và dược phẩm”, Thibault Cantat kết luận.
Cuối cùng, để làm cho phương pháp này hoàn toàn bền vững, các nhà nghiên cứu đang tìm cách để tái chế các chất khử bằng nguồn năng lượng cacbon thấp như năng lượng mặt trời hay điện phân.
Cuộc cách mạng tái chế khí CO2
Theo báo Khoahocphattrien.vn mỗi năm, chúng ta phát thải hàng tỷ tấn khí thải carbon dioxide (CO2) vào bầu khí quyển, làm gia tăng các mối đe dọa của biến đổi khí hậu trên toàn cầu, theo Science. Nhưng sẽ thế nào nếu chúng ta có thể tái chế tất cả khí thải CO2 một cách dễ dàng, sau đó chuyển nó thành một thứ gì đó hữu ích?
Bằng cách thêm điện, nước và một loạt chất xúc tác, các nhà khoa học có thể biến đổi CO2 thành carbon monoxide (CO) và metan (CH4). Sau đó họ kết hợp những sản phẩm này thành nhiều loại nhiên liệu hydrocacbon phức tạp hơn như butan (C4H10). Hiện nay, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng chúng ta có thể đang tiến gần đến một cuộc cách mạng tái chế CO2 – thu khí CO2 từ nhà máy điện và thậm chí có thể trực tiếp từ khí quyển, sau đó chuyển đổi thành nhiên liệu, theo bài báo đăng trên tạp chí Joule hôm 29/3.
Science đã nói chuyện với Phil De Luna, thành viên của nhóm nghiên cứu tại Đại học Toronto ở Canada, về cách thức tái chế CO2 và tương lai của những công nghệ này.
Hỏi: Tại sao phải tái chế CO2?
Đáp: Các nước phát triển đã và đang phát thải khí CO2 một cách “vô tội vạ” trong khoảng thời gian dài. Nhưng tôi có thể tưởng tượng một ngày nào đó, toàn bộ năng lượng con người sử dụng được cung cấp bởi các nguồn năng lượng tái tạo. Tất cả sản phẩm hydrocarbon – nhiên liệu dùng để tích trữ năng lượng dài hạn hoặc sưởi ấm ngôi nhà của bạn trong mùa đông – đều có thể bắt nguồn từ việc chuyển đổi CO2. Khi điều này xảy ra, CO2 trở thành một cách để lưu trữ năng lượng tái tạo ở dạng hóa học trong thời gian dài, thay vì chỉ là khí thải.
Hỏi: Ý tưởng bắt nguồn từ đâu?
Đáp: Ý tưởng bắt nguồn từ quang hợp nhân tạo. Chúng tôi đang tìm cách sử dụng các thiết bị kỹ thuật để thu khí CO2, năng lượng tái tạo và nước nhằm chuyển đổi loại khí này thành nhiều sản phẩm có giá trị hơn .
Hỏi: Công nghệ này biến đổi CO2 thành nhiên liệu như thế nào?
Đáp: Nó giống như một pin nhiên liệu có cực âm và cực dương. Tại cực dương, nước được tách thành proton và khí oxy. Tại cực âm, CO2 trải qua các quá trình điện hóa để tạo thành những hợp chất có giá trị hơn như carbon monoxide (CO), metan (CH4), ethylene (C2H4).
Hỏi. Dường như các ông tạo ra được rất nhiều phân tử từ quá trình này. Vậy kiểm soát sản phẩm hình thành như thế nào?
Đáp: Chúng tôi đã có một cách tiếp cận kinh tế, xem xét tất cả các nhiên liệu hydrocarbon có thể tạo ra từ CO2. Phân tử càng có nhiều nguyên tử carbon thì càng cần nhiều năng lượng hơn để tạo ra chúng. Vì vậy, đối với công nghệ hiện tại, chúng tôi hướng tới việc tạo ra các phân tử có ít nguyên tử carbon hơn như ethylene (C2H4) hoặc carbon monoxide (CO). Sau đó biến đổi chúng thành những sản phẩm khác.
Hỏi: Những phương pháp nào khác có thể được sử dụng để tái chế CO2 trong tương lai?
Đáp: Một trong những phương pháp có thể áp dụng trong tương lai là quang xúc tác (photocatalysis). Ngoài ra, các hệ thống lai sinh học (biohybrid) kết hợp điện xúc tác (electrocatalysis) hoặc quang xúc tác với enzyme hoặc vi khuẩn để chuyển đổi CO2 thành những hóa chất tốt hơn.
Theo moitruong.com.vn
