Thêm phương pháp biến carbon dioxide thành nhiên liệu lỏng

Các nhà khoa học tại Đại học Yale đã phát triển một quy trình mới chuyển đổi carbon dioxide (CO₂) từ khí thải công nghiệp thành metanol tái tạo, một loại nhiên liệu lỏng được sử dụng rộng rãi.

Từ CO2 thành metanol

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology, nhà hóa học Hailiang Wang của Yale và nhóm nghiên cứu của ông đã mô tả một phương pháp mới, có thể mở rộng quy mô, để sản xuất metanol bằng cách sử dụng CO₂ làm nguyên liệu.

Metanol thường được sử dụng trong các động cơ đốt trong, đã được xác định là một nhiên liệu tái tạo lý tưởng cho nhiều quy trình công nghiệp khác nhau. Nếu phương pháp này thành công, nó có thể giúp giảm lưu vết carbon và thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch hơn.

Quy trình chuyển đổi CO₂ thành metanol

Quá trình chuyển đổi CO₂ thành methanol bao gồm hai phản ứng hóa học. Đầu tiên, CO₂ được chuyển đổi thành carbon monoxide (CO) bằng một chất xúc tác.

Sau đó, CO trải qua một phản ứng xúc tác khác để hình thành metanol. Phương pháp chuyển đổi này rất quan trọng để giảm thiểu khí thải CO₂ từ các hoạt động công nghiệp, một yếu tố chính góp phần vào biến đổi khí hậu.

Các phương pháp trước đây

Trước nghiên cứu này, phương pháp hiệu quả nhất để chuyển đổi CO₂ thành metanol được phát triển trong phòng thí nghiệm của Wang.

Phương pháp này sử dụng một chất xúc tác duy nhất làm từ các phân tử cobalt tetra-amino-phthalocyanine được hỗ trợ trên ống nano carbon. Mặc dù phương pháp này thành công trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhưng nó gặp khó khăn khi mở rộng quy mô cho sử dụng công nghiệp.

Vấn đề xuất phát từ sự không khớp về hiệu suất giữa hai bước của quy trình chuyển đổi, chuyển CO₂ thành CO và sau đó chuyển CO thành metanol. Chất xúc tác không lý tưởng cho cả hai bước, giới hạn hiệu quả của nó.

Khắc phục thách thức với chất xúc tác "hai trong một"

Để giải quyết các vấn đề này, nhóm của Wang đã thiết kế một chất xúc tác "hai trong một" hiệu quả hơn. Phương pháp mới này sử dụng hai vị trí xúc tác riêng biệt: một vị trí làm từ nickel tetra-methoxy-phthalocyanine, giúp chuyển CO₂ thành CO một cách hiệu quả và một vị trí khác làm từ cobalt, hoàn thành việc chuyển CO2 thành metanol.

CO hình thành trong bước đầu tiên di chuyển đến vị trí cobalt, nơi phản ứng cuối cùng xảy ra. Thiết kế sáng tạo này giải quyết vấn đề không khớp trong hiệu suất bằng cách tối ưu hóa mỗi bước quy trình và nâng cao hiệu quả tổng thể.

Phương pháp mới là một bước tiến lớn trong việc làm cho quá trình chuyển đổi CO₂ trở nên hiệu quả hơn và có thể mở rộng quy mô, từ đó mang lại tiềm năng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Ý nghĩa đối với ứng dụng công nghiệp

Khả năng chuyển đổi CO₂ thải thành nhiên liệu hữu ích có thể là một yếu tố quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, đặc biệt trong những ngành mà việc giảm khí thải là một thách thức lớn.

Quy trình này cũng có thể giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng một cách bền vững bằng cách tái chế carbon từ khí thải công nghiệp. Bằng cách tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn, trong đó khí CO₂ được sử dụng để sản xuất năng lượng, đột phá này có thể biến đổi cách các ngành công nghiệp tiếp cận sản xuất năng lượng và bắt giữ carbon.

Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với các đối tác trong ngành để phát triển công nghệ này thêm nữa. Một trong những đối tác là Oxylus Energy, một công ty do một cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Wang là Conor Rooney sáng lập.

Oxylus Energy tập trung vào việc chuyển đổi chất thải carbon thành nhiên liệu lỏng metanol, dựa trên các phát hiện từ nghiên cứu của Wang.

Nghiên cứu này là sự hợp tác giữa các nhà khoa học tại Yale và các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang Ohio, Đại học Bang Oregon và Đại học Khoa học và Công nghệ Nam Hoa. Nghiên cứu này được tài trợ một phần bởi Trung tâm thu giữ carbon Tự nhiên của Yale và Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ