Sáng tạo trong chuyển đổi carbon thành nhiên liệu, hiệu quả hơn 50 lần

Công nghệ này, được gọi là khử CO₂ điện hóa, sử dụng điện (lý tưởng nhất là từ các nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời) để chuyển đổi carbon dioxide làm nóng khí hậu, thành các hóa chất hữu ích như carbon monoxide, ethylene hoặc alcohol.

Các hóa chất này sau đó có thể dùng để tạo ra nhiên liệu hoặc trong các quy trình công nghiệp, có khả năng biến một chất ô nhiễm nguy hiểm thành nguồn tài nguyên có giá trị.

Tuy nhiên, có một thách thức lớn kìm hãm công nghệ này: các hệ thống thực hiện quá trình chuyển đổi thường bị tắc nghẽn và hỏng nhanh do tích tụ muối.

Thông thường, CO₂ được làm ẩm bằng nước trước khi đi vào hệ thống. Nhưng phương pháp đó dẫn đến việc hình thành muối kali và bị kẹt trong các kênh dẫn khí bên trong thiết bị.

Các loại muối này chặn dòng khí, làm tắc nghẽn các bộ phận quan trọng của hệ thống, khiến hệ thống hỏng chỉ trong vòng chưa đầy 100 giờ.

Đó chính là lúc sáng tạo của nhóm nghiên cứu từ Đại học Rice giải quyết vấn đề. Các nhà nghiên cứu phát hiện, sử dụng một lượng rất nhỏ hơi acid thay vì hơi nước có thể tháo gỡ được ách tắc.

Bằng cách sục khí CO₂ qua một loại acid nhẹ, như acid clohydric, acid formic hoặc acid axetic, trước khi nó đi vào thiết bị, họ tạo ra đủ độ ẩm có tính acid để ngăn muối hình thành tinh thể cứng. Các loại muối gốc acid này hòa tan dễ dàng hơn và không làm tắc nghẽn hệ thống.

Sự thay đổi nhỏ này tạo ra khác biệt lớn. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm sử dụng chất xúc tác bạc, vật liệu phổ biến để chuyển CO₂ thành carbon monoxide, hệ thống chạy trơn tru trong hơn 2.000 giờ. Trong phiên bản lớn hơn, rộng 100 cm2 của thiết bị, nó hoạt động trong hơn 4.500 giờ, lâu hơn 50 lần so với các thiết lập truyền thống.

Phương pháp hơi axit này cũng hoạt động với nhiều loại vật liệu xúc tác, như oxit kẽm, oxit đồng, oxit bismuth, được sử dụng để tạo ra các sản phẩm hóa học khác nhau. Nó cũng hoạt động trong các hệ thống lớn hơn, cho thấy có thể mở rộng quy mô. Các thử nghiệm cho thấy màng và vật liệu thông thường trong hệ thống không bị acid làm hỏng, nhờ nồng độ rất thấp được sử dụng.

Các nhà nghiên cứu thậm chí có thể quan sát sự khác biệt theo thời gian thực. Trong các lò phản ứng thử nghiệm trong suốt, họ thấy các tinh thể muối hình thành trong vòng 48 giờ với khí làm ẩm bằng nước, trong khi hệ thống xử lý bằng acid vẫn trong suốt trong hàng trăm giờ.

Giải pháp tinh tế này, chỉ cần thay nước bằng acid, không yêu cầu thiết kế lại chi tiết hoặc thiết bị đắt tiền. Nó có thể giúp công nghệ thu giữ carbon và tạo ra nhiên liệu trở nên đáng tin cậy hơn, giá cả phải chăng hơn và sẵn sàng cho nhu cầu sử dụng trong thực tế.