Thiết lập các “lò phản ứng hóa học” phá hủy khí mê tan

Những lò phản ứng này thường sử dụng chất xúc tác để tăng tốc các phản ứng hóa học chuyển đổi khí mê tan thành chất ít làm hành tinh nóng lên hơn. Những chất xúc tác này thường yêu cầu nhiệt độ cao hoặc các điều kiện nghiêm ngặt khác thì mới hoạt động hiệu quả. Hơn nữa, chất xúc tác chứa các kim loại đắt tiền như bạch kim và không hoạt động tốt ở nơi có nồng độ khí mê tan thấp.

Tuy nhiên, có một nơi đầy hứa hẹn để bắt đầu thiết lập lò phản ứng là các mỏ than. Khai thác than có liên quan đến hàng chục triệu tấn khí thải mê tan trên toàn thế giới được thải ra mỗi năm. Desirée Plata, kỹ sư dân dụng và môi trường tại Viện kỹ thuật Massachusetts MIT cho biết, mặc dù các nhà máy điện than đang bị loại bỏ dần ở nhiều quốc gia, nhưng than sẽ khó bị loại bỏ hoàn toàn do vai trò quan trọng của nó trong sản xuất thép.

Để phát triển chất xúc tác có thể hoạt động trong mỏ than, Plata tìm thấy nguồn cảm hứng từ MMO (xem bài trước). Nhóm của Plata đã phát triển một loại xúc tác dựa trên vật liệu silicat nhúng đồng – thứ kim loại được tìm thấy trong MMO và rẻ hơn nhiều so với những chất thường dùng để oxy hóa khí mê tan. Vật liệu này cũng xốp, giúp cải thiện hiệu quả của chất xúc tác vì nó có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn và thúc đẩy phản ứng xảy ra nhiều hơn so với vật liệu không xốp. Chất xúc tác biến khí mê tan thành CO2 và giải phóng nhiệt lượng cần thiết để tạo phản ứng tiếp nối. Plata cho biết nếu nồng độ mê tan đủ cao thì phản ứng sẽ có thể tự duy trì một cách hiệu quả.

Biến khí mê tan thành CO2 nghe có vẻ phản tác dụng, nhưng nó làm giảm hiện tượng nóng lên toàn cầu vì khí mê tan giữ nhiệt nhiều hơn CO2 và ít phổ biến hơn trong khí quyển. Theo một nghiên cứu năm 2019, nếu toàn bộ lượng khí mê tan dư thừa trong khí quyển biến thành CO2, thì sẽ ta chỉ có thêm 8,2 tỉ tấn CO2 - tương đương với vài tháng phát thải CO2 với tốc độ hiện nay. Nhưng hiệu quả thực sự sẽ là giảm bớt sức nóng của bầu khí quyển xuống tới 1/6.

Các cơ sở chăn nuôi gia súc là nơi khác mà lò phản ứng xúc tác của Plata có thể hoạt động. Chuồng trại thường được trang bị hệ thống thông gió để giúp động vật cảm thấy dễ chịu. Các lò phản ứng có thể tận dụng điều này bằng việc được lắp vào hệ thống thông gió. Bước tiếp theo là xác định xem nồng độ khí mê tan tại các trang trại chăn nuôi bò sữa công nghiệp có đủ cao để chất xúc tác hoạt động hay không.

Một nhà nghiên cứu khác đang đạt được tiến bộ là kỹ sư năng lượng Arun Majumdar. Vào tháng 1, Majumdar đã công bố kết quả ban đầu mô tả chất xúc tác chuyển đổi khí mê tan thành metanol, với sự tăng cường năng lượng cao từ ánh sáng cực tím. Các tia cực tím với bước sóng ngắn bổ sung thêm năng lượng cần thiết để bẻ gãy các liên kết cứng đầu trong CH4 và chất xúc tác được thiết kế cẩn thận sẽ tiếp tục hoạt động đúng mục tiêu. Các chất xúc tác trước đây có xu hướng tạo ra hỗn hợp CO2 và metanol, nhưng chất xúc tác của Majumdar chủ yếu tạo ra metanol.

Bơm sắt vào khí quyển có phải là con đường loại bỏ khí mê tan?

Một cách tiếp cận cực đoan hơn để tăng tốc độ phân hủy tự nhiên của khí mê tan là thay đổi thành phần hóa học của khí quyển. Một số công ty, chẳng hạn như Blue Dot Change có trụ sở tại Mỹ, đã đề xuất thả hóa chất lên bầu trời để tăng cường quá trình oxy hóa khí mê tan.

Natalie Mahowald, một nhà hóa học khí quyển tại Đại học Cornell, đánh giá cao ý tưởng này dù vẫn có những hoài nghi. Mahowald nói: “Tôi không quá hào hứng với việc ném thêm nhiều thứ vào bầu khí quyển của chúng ta. Tuy nhiên, để đáp ứng các mục tiêu của Thỏa thuận Paris, hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5 đến 2 độ C so với mức trung bình thời tiền công nghiệp, ta cần phải khám phá mọi khả năng. Nếu muốn đạt được những mục tiêu về khí hậu này, chúng ta sẽ cần thực hiện một số ý tưởng điên rồ”.

Chiến lược chính được những người ủng hộ đề xuất là phun khí dung sắt vào không khí trên biển vào một ngày nắng. Những sol khí này sẽ phản ứng với các sol khí từ nước biển có chứa muối muối để tạo thành clo, sau đó sẽ tấn công khí mê tan trong khí quyển và bắt đầu các phản ứng hóa học tiếp theo biến nó thành CO2. Dù vậy, Mahowald cũng tự hỏi sẽ cần bao nhiêu clo – và liệu có thể gây ra bất kỳ hậu quả ngoài ý muốn nào không.

Chẳng hạn, clo sẽ không tấn công khí mê tan nếu có ozone xung quanh. Thay vào đó, clo trước tiên sẽ phá vỡ toàn bộ tầng ozone mà nó tiếp xúc. Và đáng ngại là không có gì đảm bảo rằng một phần clo được tạo ra sẽ không bay lên tầng ozone, hủy hoại lá chắn bảo vệ hành tinh chúng ta khỏi tia UV có hại của mặt trời. Hơn nữa, ozone còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các gốc hydroxyl phân hủy khí mê tan trong khí quyển một cách tự nhiên. Vì vậy, khi nồng độ ozone giảm, thì nồng độ và thời gian tồn tại của các phân tử mê tan trong khí quyển lại thực sự tăng lên

Ngoài ra, còn những tác dụng đáng sợ khác. Chẳng hạn, việc loại bỏ 20% khí mê tan trong khí quyển, có thể giúp giảm nhiệt độ bề mặt hành tinh xuống 0,2 độ C vào năm 2050 nhưng đòi hỏi phải thêm khoảng 630 triệu tấn clo vào khí quyển mỗi năm. Điều đó sẽ đòi hỏi phải bơm vào hàng chục triệu tấn sắt dạng sol vào khí quyển. Những sol khí sắt khi trôi nổi lơ lửng có thể làm chất lượng không khí trở nên tồi tệ hơn. Nếu con người hít phải vật chất dạng hạt kiểu này thì sẽ bị ảnh hưởng đến một loạt vấn đề về sức khỏe, đặc biệt là bệnh tim mạch và phổi. Sự điều chỉnh thành phần khí quyển này cũng có thể tạo ra axit clohydric ngấm vào đại dương và axit hóa nó. Khi đó, hệ sinh thái sẽ thay đổi và ta không thể biết trước điều gì sẽ xảy ra.

Anh Tú