Xúc tác mới chuyển hóa khí thải CO2 thành các
phân tử có ích
, các hệ xúc tác hữu hiệu cho quá trình chuyển hóa khí thải CO2 từ các nhà
máy điện thành các phân tử carbonate chứa vòng có thể giúp giảm lượng khí
phát thải và sự phụ thuộc của ngành công nghiệp hóa dầu vào nhiên liệu hóa
thạch.
Xúc tác trên chất mang rắn làm việc ở 60 độ C và áp suất khí quyển có thể
được sử dụng ở các nhà máy điện để hấp phụ CO2 từ khí thải và cho nó
phản ứng với hợp chất chứa vòng epoxide để tạo thành các hợp chất
carbonate chứa vòng, được sử dụng như một chất điện môi trong pin lithium
ion cũng như là một dung môi và chất tẩy rửa thân thiện với môi trường.
“Các hợp chất carbonate chứa vòng đã được thương mại hóa (cho phản ứng
kiểu này) từ 50 năm nay. Sản lượng hàng năm từ 100 đến 200 ngàn tấn”,
Michael North của trường đại học Newcastle, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu
cho biết. Ông ta nói thêm rằng, các xúc tác hiện nay đều đòi hỏi CO2 có độ
tinh khiết ở áp suất và nhiệt độ cao – khoảng 180 độ C và trên 8 atm.
North nói ‘Trên thực tế, chúng ta chỉ có thể thu được CO2 ướt và nhiễm
nhiều tạp chất thải ra từ các nhà máy điện. Xúc tác được chọn có đủ độ bền
và hoạt tính tốt để có thể chịu được tình trạng này. Nhờ vậy, dòng khí thải
được cho phản ứng ngay với tác chất mang chức epoxide mà không cần tinh
chế, gia áp cũng như gia nhiệt lên.’
Vài năm trước, North và nhóm nghiên cứu của mình đã phát triển một hợp
chất muối phức lưỡng nhôm hóa trị 3 với các phối tử ammonium bậc 4. ‘Cấu
trúc của phức rất phức tạp’, North nói, ‘vì một trong các nguyên tử nhôm sẽ
đóng vai trò của acid Lewis để hoạt hóa chức epoxide, còn các nguyên tử
nhôm còn lại sẽ hoạt hóa CO2’. Ông cũng giải thích thêm rằng, hầu hết các
xúc tác thương mại chỉ hoạt hóa một trong chức nói trên. Cái mà chúng tôi
đã thực hiện là tạo ra xúc tác có thể tác động đồng thời đến cả hai nhóm
chức.”
Tuy nhiên, để sử dụng được CO2 thải ra từ các nhà máy điện, hệ thống cần
được thiết kế như một lò phản ứng dòng liên tục. Để mô phỏng điều này,
nhóm nghiên cứu tiến hành phản ứng xúc tác với lưu lượng thí nghiệm nhỏ.
Họ cố định xúc tác trên chất mang silica vô định hình rẻ tiền và cho hỗn hợp
CO2, nitơ và ethylene oxide qua lớp xúc tác ở 60 độ C. “Chúng tôi có thể
thu hồi 98% CO2 từ dòng khí.” North lưu ý "Trong thực tế sản xuất ở lượng
lớn, tỷ lệ thu hồi CO2 có thể ít hơn do phải cân đối các yếu tố kỹ thuật ở lò
phản ứng lớn."
Sơ đồ khối công nghệ sản xuất liên tục ‘Điều thú vị nhất từ công nghệ thu
giữ CO2 là nó sẽ làm giảm hiện tượng nóng lên của toàn cầu’, Klein nói.
‘Nếu có thể lấy lại CO2 thải ra không khí, rồi chuyển nó thành những sản
phẩm mà mọi người cần thì đó thực sự là một việc làm hấp dẫn.’ Tuy nhiên,
ông cũng nhấn mạnh rằng, yếu tố hạn chế hiện nay nằm ở chỗ giá của hợp
chất chứa nhóm chức epoxide là cao. Đây là thành phần chiếm chủ yếu giá
sản xuất carbonate chứa vòng.
Đi cùng với vấn đề giảm phát thải CO2, North cũng chỉ ra rằng công nghệ
này có thể tạo ra một giải pháp kết hợp nhỏ, đặc biệt là khi nhu cầu sử dụng
các hợp chất carbonate tăng lên. “Dĩ nhiên là khi thị trường hóa chất ngày
càng phát triển thì mọi người sẽ bắt đầu sử dụng sản phẩm này nhiều hơn –
đặc biệt là vì nó rẻ, trong khi các sản phẩm có nguồn gốc dầu mỏ đang tăng
giá.’
North diễn giải rằng nhóm nghiên cứu của ông đang thiết kế một hệ thống ở
quy mô sản xuất thử và hi vọng có thể tạo ra được một hệ thống thực được
sử dụng thử tại các nhà máy điện. ‘Không có nhà máy điện nào giống nhau
cả,’ North nói, ‘thành phần khí thải phụ thuộc vào (một số yếu tố) loại nhiên
liệu mà họ đốt – và sẽ dễ dàng hơn nhiều nếu đặt thiết bị phản ứng ở ngay
khu vực đốt nhiên liệu của nhà máy thay vì đặt ở khu vực bên ngoài.’