Biến khí hidro và cacbonic thành nhiên liệu

Thiết bị CR5 được coi là một đột phá đầy tiềm năng để thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ: xử lý chất thải cacbonic từ các cơ sở sản xuất và sản xuất khí tổng hợp dùng làm nhiên liệu thay thế các nhiên liệu truyền thống. 

Nhà nghiên cứu Rich Diver của Phòng Thí nghiệm Sandia đang điều chỉnh thiết bị CR5. Ảnh: Randy Montoya

Các nhà khoa học Phòng Thí nghiệm quốc gia Sandia (Mỹ) trong quá trình tím cách tận dụng nguồn khí hidro phong phú và rẻ tiền thành điện đã nhận thấy chính công nghệ ấy cũng có thể “đốt cháy ngược” CO₂ thành nhiên liệu. Đặt nhiệm vụ tăng hiệu suất của hệ, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thiết bị phản ứng chuyển hóa khí thải CO₂ thành cacbon monoxit, sau đó thành khí tổng hợp, hoạt động không cần bất cứ nhiên liệu nào ngoài năng lượng mặt trời.

Thiết bị có tên đơn giản là Thiết bị Phản ứng Thu hồi Vòng Quay Ngược (từ tiếng Ạnh là Counter-Rotating-Ring Receiver Reactor Recuperator, viết tắt là CR5) gây ra một phản ứng nhiệt hóa học bằng cách cho một tấm compozit oxit sắt giàu cacbon tiếp xúc với nhiệt tập trung cao độ từ ánh nắng mặt trời. Tấm compozit đó sẽ tách ra các phân tử oxy khi bị đốt nóng và nhận lại các phân tử oxy khi nguội đi, và đó là nguyên lý hoạt động của thiết bị này.

Thiết bị bằng kim loại hình trụ CR5 được chia thành buồng nóng và buồng lạnh. Năng lượng mặt trời đốt nóng buồng nóng đến nhiệt độ rất cao, khoảng 2700 độ C, nhiệt độ ấy đủ để buộc tấm compozit oxit sắt bứt ra những nguyên tử oxy. Sau đó tấm compozit lại được đẩy vào buồng lạnh, chứa đầy cacbon dioxit. Khi lạnh đi, oxit sắt lại thu hồi các nguyên tử oxy mà chúng bị mất, biến cacbon dioxxit thành cacbon monoxit.

Nếu trong quá trình này bơm nước vào buồng lạnh, chứ không phải CO₂ thì lại tạo ra được hidro. Sau đó hidro và cacbon monoxit sẽ hoà trộn với nhau thành khí tổng hợp, dùng làm nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu truyền thống có bản chất hidrocacbon như xăng, dầu diesel và nhiên liệu phản lực. Nhưng đây chưa phải là giải pháp tổng thể để giảm phát thải cacbon vì khi cháy, chính khí tổng hợp cũng tạo ra CO₂ và thu hồi lại.

CO₂ thu hồi có thể dùng để “bẫy” cacbon thải loại từ các xưởng sản xuất và các nhà mày điện, rồi dùng lại trong sản xuất chứ không xả ra ngoài không khí, nơi nó có thể gây ra những vấn đề mà khoa học chưa hiểu hoàn toàn.

Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là nâng hiệu suất của quá trình lên gấp đôi so với quá trình quang hợp tự nhiên. Thiết bị CR5 đã có trên thị trường từ hơn 10 năm trước nhưng lúc đó, các nhà khoa học chưa có ý tưởng giữ lại cacbon thải và đưa trở lại quy trình để dùng trực tiếp làm nhiên liệu mà không cần bất cứ thứ gì khác ngoài những tia nắng mặt trời hết sức phong phú.