Con đường mới sản xuất nhiên liệu không thải cacbon từ CO2

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra khởi điểm thực tế để chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu lỏng bền vững, bao gồm cả nhiên liệu cho các phương tiện vận tải hạng nặng được chứng minh rất khó để điện khí hóa như máy bay, tàu thủy và tàu chở hàng.

Tái sử dụng CO2 không thải cacbon đã nổi lên như một phương thức thay thế để chôn khí nhà kính dưới lòng đất. Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Energy, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Stanford và Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU) chứng minh điện và chất xúc tác dồi dào Trái đất có thể chuyển CO2 thành CO hiệu quả hơn các phương pháp thông thường. Chất xúc tác - oxit xeri - có khả năng chống phân hủy cao hơn nhiều. Tách oxy từ CO2 tạo thành khí CO là bước đầu tiên để biến CO2 thành gần như bất kỳ nhiên liệu lỏng và các sản phẩm khác, như khí tổng hợp và nhựa. Bổ sung hydro cho CO có thể tạo ra nhiên liệu như diesel tổng hợp và nhiên liệu máy bay tương đương. Nhóm nghiên cứu hy vọng sử dụng năng lượng tái tạo để sản sinh CO và phục vụ cho các chuyển đổi tiếp theo sẽ dẫn đến sự ra đời của các sản phẩm không thải cacbon.

William Chueh, phó giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã chứng minh khả năng sử dụng điện để khử CO2 thành CO với độ chọn lọc 100% và không tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn là cacbon rắn".

Rào cản chuyển đổi

Nhiên liệu lỏng bền vững có lợi thế hơn điện khí hóa giao thông, ở chỗ sử dụng hạ tầng xăng và dầu diesel hiện có như động cơ, đường ống và trạm xăng. Ngoài ra, các rào cản đối với điện khí hóa máy bay và tàu thủy như quãng đường di chuyển dài và trọng lượng pin lớn, sẽ không phải là vấn đề đối với nhiên liệu không thải cacbon.

Dù các nhà máy khử CO2 thành đường giàu cacbon một cách tự nhiên, nhưng lộ trình điện hóa nhân tạo vẫn chưa được thương mại hóa trên phạm vi rộng. Các hạn chế như thiết bị sử dụng quá nhiều điện, chuyển đổi tỷ lệ thấp phân tử CO2 hoặc tạo ra cacbon tinh khiết làm hỏng thiết bị. Các nhà khoa học trong nghiên cứu mới lần đầu tiên đã kiểm tra cách các thiết bị khác nhau đã thành công và thất bại trong quá trình điện phân CO2.

Với những tri thức thu được, các nhà nghiên cứu đã tạo ra 2 pin chuyển đổi CO2 cho thử nghiệm: một pin chứa oxit xeri và pin còn lại chứa các chất xúc tác từ niken thông thường. Điện cực xeri vẫn ổn định, trong khi các lớp cacbon làm hỏng điện cực niken, rút ​​ngắn đáng kể tuổi thọ của chất xúc tác.

"Khả năng đáng chú ý này của xeri có ý nghĩa quan trọng đối với tuổi thọ thực tế của các thiết bị điện phân CO2", Graves, đồng tác giả nghiên cứu nói. "Thay thế điện cực niken hiện tại bằng điện cực xeri mới trong máy điện phân thế hệ mới sẽ làm tăng tuổi thọ thiết bị".

Con đường thương mại hóa

Loại bỏ tình trạng hỏng pin sớm có thể làm giảm đáng kể chi phí sản xuất CO thương mại. Ngăn chặn sự tích tụ cacbon cũng cho phép thiết bị mới chuyển đổi nhiều CO2 thành CO, làm giảm chi phí sản xuất.

Chi phí thu CO2 cao là rào cản đối với việc cô lập khí dưới lòng đất trên quy mô lớn và  sử dụng CO2 để sản xuất nhiên liệu và hóa chất bền vững. Tuy nhiên, giá trị thị trường của những sản phẩm đó kết hợp với những khoản chi phí để tránh lượng khí thải cacbon có thể giúp các công nghệ sử dụng CO2 vượt qua rào cản chi phí nhanh hơn.

Các nhà khoa học hy vọng nghiên cứu sơ bộ tiết lộ các cơ chế trong những thiết bị điện phân CO2 bằng máy quang phổ và lập mô hình sẽ giúp các nhà khoa học khác điều chỉnh tính chất bề mặt của xeri và các oxit khác để cải thiện khả năng điện phân CO2.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190916110602.htm, 16/9/2019