Quy trình hiệu quả sản xuất nhiên liệu từ CO2

Nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Harvard, Hoa Kỳ đã phát triển được một quy trình hiệu quả chuyển đổi CO₂ thành format dạng lỏng hoặc rắn có thể được sử dụng như hydro hoặc metanol để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu và sản xuất điện. Kali hoặc natri format đã được sản xuất trên quy mô công nghiệp và thường được dùng làm chất làm tan băng cho đường và vỉa hè. Ngoài ra, các chất này không độc hại, không bắt lửa, dễ bảo quản và vận chuyển và duy trì độ ổn định trong các thùng thép thông thường nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm sau khi được sản xuất. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science.

GS. Ju Li tại MIT và là đồng tác giả nghiên cứu giải thích, các phương pháp khác chuyển đổi CO₂ thành nhiên liệu thường thông qua một quy trình gồm hai bước: Trong bước một, khí được thu giữ và biến đổi thành dạng rắn như canxi cacbonat; sau đó, vật liệu được nung nóng để loại bỏ CO₂ và chuyển đổi thành nhiên liệu thô như cacbon monoxit. Bước hai có hiệu suất rất thấp, thường chuyển đổi chỉ gần 20% lượng khí CO₂ thành sản phẩm mong đợi.

Trái lại, quy trình mới đạt mức chuyển đổi trên 90% và loại bỏ bước gia nhiệt kém hiệu quả bằng cách chuyển đổi CO₂ thành dạng trung gian, bicacbonat kim loại lỏng. Tiếp đến, chất lỏng đó được chuyển đổi điện hóa thành kali lỏng hoặc natri format trong máy điện phân sử dụng điện phát thải ít cacbon như năng lượng hạt nhân, năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời.

Dung dịch kali hoặc natri format lỏng đậm đặc tạo thành có thể được sấy khô, ví dụ bằng cách làm bay hơi bằng năng lượng mặt trời, để sản xuất loại bột rắn có độ ổn định cao và có thể được lưu trữ trong các thùng thép thông thường trong nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ.

Quy trình mới thu giữ và chuyển đổi cacbon trước tiên bao gồm sử dụng dung dịch kiềm để cô đặc CO₂ từ các nguồn thải như nhà máy điện hoặc thậm chí là trong môi trường không khí bên ngoài, thành dạng dung dịch bicacbonat kim loại lỏng. Sau đó, nhờ có máy điện phân màng trao đổi cation, bicacbonat được chuyển đổi điện hóa thành tinh thể format rắn với hiệu suất cacbon thu được trên 96% như đã được xác nhận trong các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm.

Các tinh thể format rắn có thể sử dụng vô thời hạn, ổn định đến mức chúng có thể được lưu trữ trong nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ mà ít hoặc không bị rò rỉ. Ngay cả những bể chứa hydro tốt nhất hiện nay cũng vẫn xảy ra tình trạng rò rỉ khí với tốc độ khoảng 1% mỗi ngày, cản trở mục đích sử dụng đòi hỏi phải lưu trữ kéo dài cả năm.

Toàn bộ quy trình chuyển đổi bao gồm thu giữ và chuyển đổi điện hóa khí thành bột format rắn, sau đó sử dụng trong pin nhiên liệu để sản xuất điện, đã được chứng minh ở quy mô phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hy vọng có thể mở rộng quy trình để cung cấp nhiệt và điện không phát thải cho từng ngôi nhà và thậm chí trong các ứng dụng công nghiệp hoặc quy mô lưới điện.

N.P.D (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2023-10-factor-fuel-carbon-dioxide.html, 30/10/2023