Chuyển đổi CO2 thành khí tự nhiên- Giải pháp bền vững để chống lại hiện tượng nóng lên toàn cầu

Một nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học công nghệ Daegu Gyeongbuk Hàn Quốc (DGIST) đã phát triển một chất quang xúc tác tiên tiến có thể chuyển đổi CO2 thành khí mê-tan một cách hiệu quả, có khả năng mang lại giải pháp bền vững để chống lại sự nóng lên toàn cầu.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng Catmi Selenua (Cadmium selenide) và Titan dioxide vô định hình, đạt được hiệu suất chuyển đổi khí mê-tan 99,3% với khả năng tái tạo được cải thiện. Các nhà khoa học sẽ tiếp tục tập trung vào việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và tính ổn định cho mục đích thương mại tương lai

Giáo sư In Soo-il và nhóm nghiên cứu của ông thuộc khoa Khoa học & Kỹ thuật Năng lượng tại DGIST đã phát triển thành công chất quang xúc tác hiệu quả cao. Sáng kiến đổi mới này có khả năng chuyển đổi carbon dioxide (CO2), một nhân tố quan trọng gây ra biến đổi khí hậu, thành khí mê-tan (CH4), thường được gọi là khí tự nhiên.

Nghiên cứu chuyển đổi khí CO2 thành khí tự nhiên giúp chống lại hiện tượng nóng lên toàn cầu. Ảnh minh họa

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp Catmi Selenua (chất hấp thụ ánh sáng có thể nhìn thấy và tia hồng ngoại) với titan dioxide (một oxit kim loại và vật liệu xúc tác quang nổi tiếng) để chuyển đổi carbon dioxide thành khí tự nhiên với hiệu suất cao.

Trước đây, Titan dioxide tinh thể, có cấu trúc mạng tuần hoàn, được phân tích dưới dạng vật liệu xúc tác quang. Tuy nhiên, sự hình thành các vị trí hoạt động của các ion tích điện dương hóa trị ba của Titan (Ti3+) bị hạn chế do sự sắp xếp đều đặn của các hạt phân tử. Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu của Giáo sư In đã cải tiến phản ứng xúc tác bằng cách sử dụng Titan dioxide vô định hình, chất có thể hình thành các vị trí hoạt động mạnh hơn cho Ti3+ thông qua sự sắp xếp các hạt phân tử không đều, thiếu tính tuần hoàn của cấu trúc mạng tinh thể.

Ngoài khả năng xúc tác được cải tiến, quá trình truyền điện tích được ổn định, đảm bảo cung cấp đủ electrons tham gia phản ứng. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi carbon dioxide thành các hợp chất carbon, đặc biệt là nhiên liệu mê-tan. Hơn nữa, không giống như các chất quang xúc tác thông thường đòi hỏi nhiệt độ cao để tái tạo, chất xúc tác vô định hình có thể được tái tạo trong vòng một phút khi oxy được cung cấp cho lò phản ứng mà không cần gia nhiệt.

Chất quang xúc tác Titan dioxide- Catmi Selenua vô định hình (TiO2-CdSe) mới được phát triển của nhóm nghiên cứu đã duy trì hiệu suất chuyển đổi khí mê-tan ở mức 99,3% trong 6 giờ đầu tiên sau 18 giờ phản ứng quang học, điều này khiến nó có khả năng tái tạo cao gấp 4,22 lần so với chất quang xúc tác tinh thể (C- TiO2-CdSe) có cùng thành phần.

“Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng ở chỗ chúng tôi đã phát triển một chất xúc tác với các vị trí hoạt động tái tạo và xác định cơ chế chuyển đổi carbon dioxide thành mê-tan bằng cách sử dụng chất xúc tác vô định hình thông qua nghiên cứu hóa học tính toán”, Giáo sư In cho biết. Ông nói thêm: “Chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu tiếp theo để cải thiện sự thất thoát năng lượng của chất quang xúc tác vô định hình và tăng cường độ ổn định lâu dài của nó để có thể thương mại hóa công nghệ này trong tương lai”.

Trái đất đang ngày càng nóng lên và con người nhận ra những tác hại rõ ràng từ sự nóng lên toàn cầu này: nền nông nghiệp rối loạn, cơ sở hạ tầng xuống cấp cùng với nguồn năng lượng dần cạn kiệt…

Hiện tượng nóng lên toàn cầu phá hủy môi trường sống của các loài động vật như gấu Bắc cực và ếch nhiệt đới, ảnh hưởng đến các mô hình di cư của các loài chim. Điều đó làm cho 40-70% của các loài dễ bị tuyệt chủng. Các loài thực vật cũng bị thu hẹp không gian sống và dần mất đi, gây nguy cơ tuyệt chủng của một số loài.

Ngoài ra, biến đổi khí hậu cũng sẽ ảnh hưởng đến giá thành chế biến, lưu trữ và vận chuyển lương thực, đẩy giá lương thực tăng cao do tăng nhu cầu về nguồn nước và năng lượng. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến nền kinh tế cũng như người tiêu dùng.

Trong khi đó, lượng mưa được dự báo sẽ giảm đến 40% ở một số nơi, làm giảm lượng nước – một thành phần quan trọng trong sản xuất thủy điện. Do đó, khủng hoảng năng lượng sẽ là một cơn ác mộng thực sự.

Nhiệt độ Trái đất tăng kéo theo sự gia tăng của nạn hạn hán ở khắp nơi. Lưu lượng nước chỉ là hữu hạn nhưng nhu cầu sử dụng vẫn tăng nhanh, đặc biệt ở một số nước đang phát triển.

Nạn hạn hán hoành hành ở nhiều nơi và ngày càng tồi tệ hơn. Nguy cơ hạn hán kéo dài rất dễ xảy ra, điều này gây nguy hiểm đến sự phát triển của nền nông nghiệp cũng như các ngành công nghiệp phụ thuộc vào nước.

Sự ấm lên của Trái đất cũng kéo theo tình trạng ô nhiễm không khí. Tình trạng ô nhiễm khói bụi dài hạn cũng ảnh hưởng tới quá trình hình thành mây và lượng mưa, khiến các điều kiện thời tiết khắc nghiệt trầm trọng thêm.

Sự gia tăng lượng ozon trong khí quyển dẫn đến việc nhiều người mắc bệnh về phổi và theo tính toán, số lượng bệnh nhân hen suyễn dự kiến sẽ tăng đến 10% tại các đô thị lớn.

Các nhà khoa học cho rằng, lượng khí carbon ngày một dày đặc sẽ gây ảnh hưởng lớn đến các bệnh nhân bị dị ứng. Tất cả hãy cùng hành động để giảm lượng khí CO2 và khí thải mà chúng ta đẩy ra ngoài môi trường, chỉ bằng những việc làm thường ngày như chuyển dần sang đi bộ, đạp xe đạp, sử dụng xe bus thay vì để bố mẹ đèo xe máy hay ô tô khi đi học, đi chơi. Tìm cách hạn chế sử dụng nguồn năng lượng từ củi/than đốt hay gas. Thay vào đó, chúng ta có thể tìm hiểu việc sử dụng năng lượng mặt trời. Tích cực trồng cây xanh (mỗi bạn có thể trồng một cây cảnh nhỏ xinh vừa để trang trí, vừa giúp môi trường sạch hơn).

Có thể nói, sự nóng lên toàn cầu gây ra khí hậu bất thường trên khắp thế giới, đe dọa sự sống còn của loài người. Việc giảm khí nhà kính là rất quan trọng để giải quyết vấn đề ngày càng đáng lo ngại về hiện tượng nóng lên toàn cầu, điều này đòi hỏi phải chuyển đổi carbon dioxide trong khí quyển thành các chất khác.

Công nghệ quang xúc tác là một giải pháp thân thiện với môi trường mà có thể chuyển đổi carbon dioxide thành các chất hữu ích như khí tự nhiên chỉ sử dụng năng lượng mặt trời và nước. Khí tự nhiên được sản xuất có thể được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta làm nhiên liệu cho các hệ thống sưởi ấm và làm mát cũng như làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông.

 Vân Thảo (T/h)