Chúng ta đều đã nghe về nhu cầu cấp thiết phải giảm phát thải carbon dioxide (CO2). Nhưng thay vì chỉ nỗ lực để loại bỏ nó, mà ngược lại, nếu chúng ta có thể sử dụng loại khí nhà kính này chuyển đổi thành các hóa chất và nhiên liệu có giá trị, hiệu quả thì sao?
Ý tưởng này rất hứa hẹn, mở ra hướng đi sạch hơn, bền vững hơn cho ngành năng lượng và công nghiệp. Nhưng có một rào cản lớn: hầu hết phương pháp hiện tại đều nhanh hỏng hoặc sử dụng quá nhiều năng lượng, khiến chúng không khả thi khi ứng dụng vào thực tế.
Lấy ví dụ về chuyển đổi CO2 ở nhiệt độ thấp. Phương pháp này thường kéo dài dưới 100 giờ và mang lại hiệu suất năng lượng dưới 35%. Ở nhiệt độ cao hơn, từ 600 - 1.000 độ C, quá trình này hiệu quả hơn, nhưng hầu hết chất xúc tác hiện có đều bị phân hủy trong những điều kiện đó hoặc phụ thuộc vào các vật liệu đắt tiền như kim loại quý.
Để đưa công nghệ này từ phòng thí nghiệm vào ứng dụng thực tế hằng ngày, cần có giải pháp mang tính đột phá, hiệu quả và giá cả phải chăng. Lý tưởng nhất là nó có thể chuyển đổi CO2 thành thứ gì đó hữu ích, như carbon monoxide, sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.
Một nhóm nhà khoa học tại Viện khoa học và công nghệ EPFL vừa tạo ra chất xúc tác mới, hứa hẹn làm cho quá trình chuyển đổi ở nhiệt độ cao này trở nên thiết thực và tiết kiệm chi phí hơn. Chất xúc tác này hỗ trợ đẩy nhanh quá trình chuyển đổi CO2 thành các hóa chất và nhiên liệu có thể sử dụng trong các ngành công nghiệp.
Các nhà nghiên cứu phát triển chất xúc tác cải tiến làm từ hợp kim coban-niken (Co-Ni) được bao bọc trong vật liệu gốm có tên là CeO2 pha Sm2O3 (SDC). Việc bao bọc ngăn không cho kim loại kết tụ (vón cục), một vấn đề phổ biến làm giảm hiệu quả của chất xúc tác. Để tạo ra chất xúc tác, các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp sol-gel, một quy trình trộn muối kim loại với các phân tử hữu cơ để tạo thành các cụm kim loại nhỏ, bao bọc bởi lớp vỏ gốm.
Họ thử nghiệm các kết hợp kim loại khác nhau và nhận thấy, hỗn hợp cân bằng giữa coban và niken mang lại hiệu suất tốt nhất. Không giống như các chất xúc tác truyền thống, nhanh chóng phân hủy dưới nhiệt độ cao, hợp kim được bao bọc vẫn ổn định, duy trì hiệu quả ngay cả sau hàng nghìn giờ hoạt động liên tục.
Chất xúc tác mới duy trì hiệu suất năng lượng 90% ở 800 độ C trong khi chuyển đổi CO2 thành carbon monoxide, một loại hóa chất có giá trị, sử dụng trong các quy trình công nghiệp, với độ chọn lọc 100%. Nói một cách đơn giản hơn, gần như toàn bộ điện năng sử dụng trong phản ứng đều góp phần trực tiếp vào việc tạo ra hóa chất mong muốn, mà không có phản ứng phụ lãng phí.
Chất xúc tác này vẫn ổn định ở các điều kiện liên quan đến công nghiệp trong hơn 2.000 giờ, vượt xa các công nghệ hiện có, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành. So với các công nghệ hiện có, phương pháp của họ có thể cắt giảm tổng chi phí từ 60% đến 80%, theo ước tính sơ bộ của các nhà nghiên cứu.
Chất xúc tác này là bước đột phá quan trọng đưa chúng ta đến gần hơn với thực tế tái chế carbon và tiết kiệm chi phí. Thay vì thải CO2 vào khí quyển, các ngành công nghiệp có thể tái chế khí thải CO2 thành các sản phẩm có giá trị để tái sử dụng. Công nghệ này có thể giúp các ngành công nghiệp giảm dấu chân carbon, tiết kiệm cả năng lượng và tiền bạc trong quá trình này.
