Khám phá mang tính cách mạng: Tìm ra loại pin hấp thụ CO2 trong không khí rẻ hơn, hiệu quả hơn, hoạt động được ở điều kiện phòng

Nếu như tách được carbon dioxide ra khỏi không khí và lưu trữ nó ở đâu đó, xử lý chúng cho hiệu quả bằng cách nào đó, ta sẽ giải quyết được một phần lớn của vấn nạn mang tên “biến đổi khí hậu”. Nhiều năm nay, khoa học vẫn cố gắng tìm một cách tách CO2 thực tiễn.

Các nhà nghiên cứu tại MIT vừa tìm ra thêm một phương cách tách CO2 mới, nhiều phần tiềm năng hơn những cách thức trước: hệ thống mới gần như có thể xử lý không khí chứa CO2 ở bất kỳ mức nào, ngay cả khi CO2 chiếm chỉ 400/1.000.000 phần không khí.

Đa số những cách thức loại bỏ CO2 hiện nay đều cần một lượng khí CO2 đặc hơn, đơn cử như khí thải ra từ những nhà máy năng lượng sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Một số phòng thí nghiệm viện nghiên cứu đưa ra được những phương án cải tiến hơn, nhưng chúng đều khó có thể so bì được với cách thức mới do MIT phát triển, bởi lẽ không cách loại CO2 nào rẻ hơn và tốn ít năng lượng hơn.

Phương pháp mới được mô tả trong một báo cáo khoa học đăng tải trên Energy and Environmental Science, dựa trên khả năng lọc không khí của một tấm vật liệu được cấp năng lượng bởi điện hóa học.

Nói một cách đơn giản, thiết bị có kích cỡ lớn này là một loại pin đặc biệt có thể hấp thụ CO2 từ không khí hoặc một dòng không khí chạy qua điện cực của nó, và thải không khí ra ngoài khi nó xả điện. Khi thiết bị hoạt động, nó sẽ thay đổi luân phiên giữa sạc và xả điện - hấp thụ không khí và thải ra CO2 khi xả điện.

Khi pin sạc, các phản ứng điện hóa sẽ diễn ra bên trên bề mặt các điện cực. Những bộ phận này được phủ một lớp polyanthraquinone, một hợp chất được chế tạo ra từ ống nano carbon. Các điện cực sẽ mang bản chất “đói” CO2, và sẵn sàng tương tác với CO2 trong dòng không khí đầu vào, ngay cả khi lượng CO2 rất thấp.

Khi pin xả, nó sẽ vừa cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống, vừa phun ra một dòng CO2 cô đặc. Toàn bộ hệ thống này có thể hoạt động tại nhiệt độ phòng với áp suất không khí bình thường.

“Lợi thế lớn nhất của công nghệ này, hơn hẳn những hệ thống trước đây, đó là bản chất ‘đói’ carbon dioxide của chúng”, giáo sư Sahag Voskian, người đứng đầu nhóm nghiên cứu và tác giả chính của báo cáo khoa học, cho hay. Việc chúng có hấp thụ CO2 không phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái sạc hay xả của pin, trong khi đó những hệ thống khác sẽ cần tới tác động từ bên ngoài, đơn cử như áp suất hay nhiệt độ cao.

Giờ chúng ta nói về phương án giải quyết lượng CO2 đậm đặc mà hệ thống pin thải ra. Ở nhiều nhà máy sản xuất nước ngọt, người ta vẫn đốt nhiên liệu hóa thạch để có được carbon dioxide - thứ chất khiến cho chai nước giải khát của bạn sủi bọt được như thế. Nếu ứng dụng được hệ thống mới vào những nhà máy nêu trên, ta sẽ không cần đốt nhiên liệu theo kiểu “nguyên thủy” nữa. 

CO2 còn có thể được cô đặc để xử lý sau này, hoặc xử lý hóa học để biến chúng thành nhiên liệu. Bên cạnh đó, hệ thống còn có thể hút trực tiếp CO2 từ không khí, chẳng phải một công đôi việc sao? Giáo sư Voskian gọi đây là thử nghiệm “mang tính cách mạng”.

“Tất cả quá trình hút carbon dioxide này đều diễn ra tại môi trường bình thường - không cần nhiệt độ, áp suất hay thêm thắt yếu tố hóa học gì. Chỉ cần những tấm vật liệu siêu mỏng, có thể đặt vào hộp rồi nối với nguồn điện là xong”, ông nói. Ta vẫn chưa hiểu hết về sức mạnh của điện hóa học, đây mới chỉ là một trong những ứng dụng nữa trong danh sách dài của những điều ta chưa biết.

Ta còn có thể sản xuất những điện cực này thông qua quy trình xử lý hóa học quy chuẩn. Ngày hôm nay, nó cần được tổng hợp trong phòng thí nghiệm nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu nhưng sau này, khi ta nhân quy mô lên, ta có thể sản xuất điện cực đơn giản như làm giấy trắng.

Ông Voskian nhận định: “Chúng tôi đã phát triển thành công những kỹ thuật sản xuất ít tốn kém”. Theo ước tính, chi phí 10 USD có thể mang lại 1 mét vuông điện cực.

So sánh phương cách này với những kỹ thuật hấp thụ carbon dioxide khác, hệ thống này tận dụng năng lượng hiệu quả hơn, chỉ cần 1 gigajoule năng lượng với mỗi tấn carbon dioxide thu được. Những hệ thống khác cần trong khoảng từ 1-10 gigajoule năng lượng, phụ thuộc cả vào lượng carbon dioxide có trong không khí đầu vào.

Các nhà nghiên cứu thậm chí còn mở một công ty riêng mang tên Verdox để thương mại hóa công nghệ mới, và mong muốn sẽ xây dựng nhà máy thử nghiệm quy mô nhỏ trong vài năm tới. Theo lời nhóm các nhà khoa học, việc tăng quy mô không hề khó, “chỉ cần thêm điện cực là xong thôi”.

Tham khảo MIT News