Các nhà khoa học khám phá ra cách rẻ tiền chuyển đổi CO₂ thành nhiên liệu sạch

Các nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis, do Giáo sư Feng Jiao dẫn đầu, phát triển phương pháp mới, tiết kiệm chi phí để tái chế khí thải carbon dioxide thành các chất giàu năng lượng có giá trị, sáng kiến ​​có thể giúp sản xuất bền vững hơn và thân thiện hơn với môi trường.

Nghiên cứu này chứng minh các vật liệu xốp đơn giản có thể hoạt động tốt tương tự, thậm chí tốt hơn, so với các màng truyền thống khi chuyển đổi carbon dioxide (CO₂) thành carbon monoxide (CO), bước quan trọng hướng tới sản xuất nhiên liệu và các hóa chất hữu ích khác từ carbon thải.

Chuyển đổi CO₂ thành CO là quá trình quan trọng, vì sau đó CO có thể tiếp tục chuyển đổi thêm, bằng cách sử dụng điện, thành các chất giàu năng lượng như methanol hoặc hydrocarbon. Các hợp chất này có thể dùng làm nhiên liệu sạch hoặc nguyên liệu thô dùng trong công nghiệp.

Tuy nhiên, công nghệ hiện tại dựa vào màng đặc biệt gọi là màng trao đổi anion để tách khí và ion trong quá trình chuyển đổi. Thật không may, các màng này bị phân hủy nhanh chóng khi tiếp xúc với vật liệu hữu cơ và nhiệt độ cao, làm giảm hiệu suất và tăng chi phí tái chế.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu thử nghiệm nhiều loại màng ngăn để xem liệu chúng có thể cung cấp giải pháp thay thế ổn định và giá cả hợp lý hơn hay không. Màng ngăn có thiết kế đơn giản hơn và làm từ vật liệu giá rẻ, có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt.

Sau quá trình thử nghiệm rộng rãi, các nhà nghiên cứu phát hiện một loại màng ngăn đặc biệt gọi là Zirfon, chứa zirconium dioxide, hoạt động cực kỳ tốt. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Khi sử dụng trong máy điện phân carbon monoxide - thiết bị điều khiển quá trình chuyển đổi CO₂ thành CO bằng điện - hệ thống dựa trên Zirfon vẫn duy trì hiệu quả trong hơn 250 giờ ở 60°C, trong khi các màng polymer thương mại tốt nhất chỉ tồn tại khoảng 150 giờ.

Ấn tượng hơn nữa, phiên bản lớn hơn của thiết bị dựa trên Zirfon vẫn hoạt động ổn định trong 700 giờ, cho thấy công nghệ này có thể mở rộng để sử dụng trong công nghiệp. Nghiên cứu này là bước tiến đầy hứa hẹn hướng tới xây dựng các hệ thống sản xuất tuần hoàn, bền vững, tái sử dụng carbon thay vì thải ra khí quyển.

Bằng cách tiếp tục cải thiện hiệu quả và giá thành của công nghệ này hơn nữa, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Feng Jiao hy vọng sẽ đưa thế giới đến gần hơn với tương lai, nơi khí thải công nghiệp có thể được chuyển đổi thành các sản phẩm sạch, có giá trị thay vì gây ô nhiễm.