Chất xúc tác ion lỏng giúp biến khí thải thành
nhiên liệu
Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Illinois đã thành công trong khắc phục một
trở ngại lớn của công nghệ đầy hứa hẹn làm giảm CO2 trong khí quyển đồng
thời sản xuất ra nhiên liệu.
Giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học của Đại học Illinois, Paul Kenis và
nhóm nghiên cứu của ông cùng các nhà nghiên cứu thuộc một công ty mới
thành lập Dioxide Materials đã tạo ra một chất xúc tác giúp cải thiện quá
trình quang hợp nhân tạo . Kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí
Science.
Quang hợp nhân tạo là quá trình chuyển đổi khí CO2 thành các chất hóa học
có thành phần cacbon hữu dụng. Hầu hết nhiên liệu và các chất khác đều
thường được chiết xuất từ dầu mỏ để thay thế cho quá trình chiết rút các
hợp chất này từ sinh khối.
Ở thực vật, quá trình quang hợp sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển hóa
CO2 và nước thành đường và các hydrocacbon khác. Nhiên liệu sinh học
được tinh chế từ đường được chiết xuất từ những cây trồng như cây ngô.
Tuy nhiên, trong quá trình quang hợp nhân tạo, pin điện hóa sử dụng năng
lượng từ một bộ thu ánh sáng mặt trời hoặc từ một tuabin gió để chuyển hóa
CO2 thành nhiên liệu cacbon đơn giản như axit fomic hoặc metanol, những
chất sẽ được tinh chế tiếp thành etanol và các loại nhiên liệu khác.
Sự cải tiến quan trọng ở đây là phương thức này không cạnh tranh với nguồn
cung lương thực và chi phí để truyền điện rẻ hơn nhiều so với chi phí vận
chuyển sinh khối tới một nhà máy lọc dầu.
Tuy nhiên, một trở ngại lớn khiến quang hợp nhân tạo không thể trở thành
phương pháp chính là bước đầu để sản xuất nhiên liệu, biến CO2 thành CO
tốn quá nhiều năng lượng. Phản ứng đầu tiên này đòi hỏi nhiều năng lượng
hơn năng lượng được sản xuất ra và lưu trữ.
Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Illinois đã sử dụng một phương pháp tiếp
cận mới, dùng chất dung dịch ion làm xúc tác cho phản ứng, giúp giảm đáng
kể năng lượng để điều khiển quy trình. Dung dịch ion giúp ổn định các khâu
trung gian trong phản ứng, vì vậy cần ít điện năng hơn để hoàn thành quá
trình chuyển hóa.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một pin điện hóa làm thiết bị phản ứng dòng
chảy, tách CO2 đầu vào và O2đầu ra từ dung dịch xúc tác điện phân với các
cực khuếch tán khí. Thiết kế của pin cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh
thành phần của dòng điện phân bằng cách bổ sung thêm dung dịch ion như
một chất đồng xúc tác để cải thiện pha động học của phản ứng.
Phương thức mới làm giảm hiện tượng vượt áp khi giảm mạnh CO2 nên cần
điện áp thấp hơn, tương đương với việc sử dụng ít năng lượng hơn.
Tiếp theo, các nhà khoa học hy vọng sẽ giải quyết được vấn đề về công suất.
Để công nghệ mới trở nên hữu dụng đối với các ứng dụng thương mại, cần
làm tăng tốc độ phản ứng và tối đa hóa sự chuyển hóa.
Sẽ cần nhiều thí nghiệm hơn nữa, nhưng thí nghiên cứu này đã đem đến một
bước tiến dài trong việc làm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch
đồng thời giảm phát thải CO2.