Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice đã chế tạo được lò phản ứng điện hóa có khả năng giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng dùng để thu giữ CO2 trực tiếp trong không khí. Thiết kế lò phản ứng mới sẽ là một phần của giải pháp cho vấn đề cấp bách về tác động của khí thải đến khí hậu và sinh quyển bằng các chiến lược giảm thiểu CO2 linh hoạt và có thể mở rộng.

Lò phản ứng mới thu giữ CO2 có cấu trúc mô-đun ba buồng với lớp điện phân rắn xốp được thiết kế cẩn thận ở lõi lò. Haotian Wang, kỹ sư hóa học và sinh học phân tử và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Đây là cột mốc lớn trong việc thu giữ carbon từ khí quyển. Phát hiện nghiên cứu mở ra cơ hội thu giữ carbon hiệu quả hơn về mặt chi phí và khả thi trên thực tế trong nhiều ngành công nghiệp".

Lò phản ứng chuyên dụng đã đạt tỷ lệ tái tạo CO2 công nghiệp từ các dung dịch chứa carbon. Các số liệu về hiệu suất bao gồm độ ổn định lâu dài và khả năng thích ứng với các phản ứng khác nhau của catot và anot, cho thấy tiềm năng sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.

Kỹ sư Wang chia sẻ: "Một trong những điểm thu hút chính của công nghệ này là tính linh hoạt. Công nghệ hoạt động với nhiều hóa chất khác nhau và có thể được sử dụng để đồng thời tạo ra hydro. Việc đồng sản xuất hydro trong quá trình thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí, có thể làm cho chi phí vốn và chi phí vận hành thấp hơn đáng kể cho quá trình sản xuất nhiên liệu hoặc hóa chất với mức phát thải ròng bằng 0 ở hạ nguồn”.

Công nghệ mới cung cấp giải pháp thay thế cho việc sử dụng nhiệt độ cao trong các quy trình thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí, thường liên quan đến việc dẫn dòng khí hỗn hợp qua chất lỏng có độ pH cao để lọc CO2, loại khí có tính axit. Bước đầu tiên của quy trình này liên kết các nguyên tử carbon và oxy trong các phân tử khí với các hợp chất khác trong chất lỏng, tạo thành các liên kết mới có độ bền khác nhau tùy thuộc vào loại hóa chất dùng để thu giữ CO2. Bước quan trọng tiếp theo trong quy trình này là thu hồi CO2 từ các dung dịch này, có thể thực hiện bằng nhiệt, phản ứng hóa học hoặc quy trình điện hóa.

Zhiwei Fang, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng các công nghệ thu giữ CO2 trực tiếp thông thường có xu hướng sử dụng các quy trình nhiệt độ cao để tái tạo CO2 từ chất hấp thụ hoặc tác nhân lọc CO2. Nghiên cứu của họ tập trung sử dụng điện năng thay vì nhiệt năng để tái tạo CO2. Ngoài ra, phương pháp này có một số lợi ích bổ sung như hoạt động ở nhiệt độ phòng, không cần thêm hóa chất và không tạo ra các sản phẩm phụ ngoài mong đợi.

Các loại hóa chất được sử dụng để bẫy CO2 có ưu, nhược điểm khác nhau. Chất hấp thụ gốc amin phổ biến nhất, một phần vì chúng có xu hướng tạo thành các liên kết yếu hơn, nghĩa là cần ít năng lượng để đưa CO2 trở lại. Tuy nhiên, chúng rất độc hại và không ổn định. Mặc dù các dung dịch gốc nước cơ bản sử dụng chất hấp thụ như natri hydroxit và kali hydroxit như là giải pháp thay thế xanh, nhưng cần nhiệt độ cao hơn nhiều để giải phóng CO2 trở lại.

Wang cho biết: “Lò phản ứng của chúng tôi có thể phân tách hiệu quả các dung dịch cacbonat và bicacbonat, tạo ra chất hấp thụ kiềm trong một buồng và CO2 có độ tinh khiết cao trong một buồng khác. Phương pháp sáng tạo của chúng tôi tối ưu hóa sử dụng điện đầu vào để kiểm soát hiệu quả chuyển động ion và chuyển khối, giảm rào cản năng lượng”.

Các tác giả hy vọng nghiên cứu sẽ thúc đẩy nhiều ngành công nghiệp theo đuổi các quy trình bền vững và hướng tới tương lai không phát thải ròng.

N.P.D (NASATI), theo Technologynetworks, 10/2024