Đột phá công nghệ trong đấu tranh cắt giảm khí nhà kính

Các nhà khoa học thuộc trường đại học Newcastle đang mở đầu một công nghệ mang tính đột phá trong cuộc đấu tranh nhằm cắt giảm các khí nhà kính. Đội ngũ nghiên cứu thuộc đại học Newcastle do giáo sư ngành Hóa Hữu cơ Michael North dẫn đầu đã phát minh ra một phương pháp hiệu quả cao về năng lượng trong việc chuyển đổi khí CO₂ dư thừa thành các hợp chất hóa học có tên là cyclic carbonates.

Đội ngũ nghiên cứu đã ước tính rằng công nghệ này sẽ có tiềm năng sự dụng tới 48 triệu tấn khí CO₂ thải ra mỗi năm, giảm đi việc thải khí CO₂ của Anh khoảng 4%.

Cyclic carbonates được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các sản phẩm trong đó có các loại dung môi, hóa chất tẩy sơn, bao bì có thể bị sinh phân hủy cũng như những ứng dụng khác trong ngành hóa học. Cyclic carbonates cũng có tiềm năng ứng dụng sản xuất một lớp các tác nhân mới chống va chạm hiệu quả trong xăng dầu. Các tác nhân chống va chạm giúp cho xăng dầu đốt cháy tốt hơn, làm tăng tính hữu dụng và giảm đi việc thải ra khí CO₂.

Kỹ thuật chuyển đổi này phụ thuộc vào việc sử dụng một loại chất xúc tác để tác động mạnh đến sự phản ứng hóa học giữa khí CO₂ và epoxit, chuyển đổi khí thải CO₂ vào hợp chất cyclic carbonate – chất hóa học rất quan trọng trong yêu cầu về phương diện thương mại.

Phản ứng giữa khí CO₂ và epoxit rất phổ biến nhưng cho tới nay vẫn cần rất nhiều năng lượng, nhiệt độ cao và áp suất cao để thực hiện hành công. Quá trình hiện tại cũng yêu cầu việc sử dụng khí CO₂ siêu tinh khiết – loại khí rất đắt tiền khi sản xuất.

Đội ngũ nghiên cứu thuộc Đại học Newcastle đã thành công trong việc phát minh ra một chất xúc tác đặc biệt linh hoạt, chất này bắt nguồn từ nhôm có thể làm cho phản ứng cần thiết để chuyển khí thải CO₂ thành cyclic carbonates ở áp suất không khí và nhiệt độ trong phòng thí nghiệm, điều này giúp giảm đi rất nhiều năng lượng cần đưa vào.

Các nhà khoa học thuộc trường đại học Newcastle đang mở đầu một công nghệ mang tính đột phá trong cuộc đấu tranh nhằm cắt giảm các khí nhà kính. (Ảnh:  iStockphoto/Jaap Hart)

Giáo sư North cho biết: "Một trong những thách thức chính của khoa học trong việc đối mặt với nhân loại vào thế kỉ thứ 21 là việc kiểm soát sự nóng lên toàn cầu do các mức thải khí CO₂ ngày càng tăng trong không khí. Giải pháp cho vấn đề hiện đang nhận được rất nhiều sự cân nhắc nghiêm túc này là việc thu và trữ khí CO₂ – vấn đề liên quan đến việc tập trung và nén khí CO₂ và sau đó cất trữ nó. Tuy nhiên, việc cất trữ lâu dài vẫn còn phải được minh chứng rõ hơn nữa”.

Cho tới nay, các giải pháp thay thế nhằm chuyển đổi các khí thải CO₂ thành một sản phẩm hữu ích đòi hỏi một quá trình tốn kém năng lượng đến nỗi chúng tạo ra nhiều khí CO₂ hơn là chúng tiêu thụ.

Giáo sư North so sánh quá trình do nhóm ông thực hiện với quá trình của một máy chuyển đổi xúc tác được gắn vào một chiếc xe hơi. Ông nói “Nếu chất xúc tác của chúng tôi có thể được dùng làm nguồn cho sự sản xuất khí CO₂ tập trung cao, ví dụ như trong dòng thoát khí của một trạm điện nhiên liệu hóa thạch, chúng tôi có thể lấy khí CO₂ ra, chuyển nó thành sản phẩm có giá trị thương mại và đồng thời loại đi nhu cầu trữ khí thải CO₂”.

Giáo sư North tin rằng một ngày nào đó khi được phát triển hoàn chỉnh, công nghệ sẽ có tiềm năng tận dụng một lượng lớn các khí thải CO₂ của Anh mỗi năm.

“Để đáp ứng thị trường hiện tại đối với chất cyclic carbonates, chúng tôi ước tính rằng công nghệ của chúng tôi có thể sử dụng đến 18 triệu tấn khí thải CO₂ mỗi năm, và nhiều hơn nữa là 30 triệu tấn khí thải nếu nó được ứng dụng giống như một tác nhân chống va chạm."

Giáo sư North giải thích “Việc sử dụng 48 triệu tấn khí thải CO2 sẽ chiếm khoảng 4%* khí thải CO₂ của Anh, con số này là một sự đóng góp khá tích cực. Công nghệ này đã được kiểm nhiệm vận hành thành công trong phòng thí nghiệm." Hiện tại giáo sư North và đội ngũ nghiên cứu của ông đang tiến hành nghiên cứu xa hơn phạm vi phòng thí nghiệm nhằm tối ưu hóa hiệu quả của công nghệ, theo sau đó họ lập kế hoạch nâng cấp đến một nhà máy thí điểm.

* Dựa trên số liệu năm 2004 của Liên Hiệp Quốc

Bài báo “Sự tổng hợp chất cyclic carbonates từ áp suất không khí CO2 bằng cách sử dụng các phức hợp nhôm linh hoạt đặc biệt làm chất xúc tác” được công bố trên tờ Hóa học vô cơ của Châu Âu (European Journal of Inorganic Chemistry).

Dự án được Hội đồng Nghiên cứu Vật lý và Kỹ thuật tài trợ.