Đức: Công nghệ mới biến khí nhà kính thành nguồn tài nguyên công nghiệp

Các nhà nghiên cứu của Đại học Ruhr Bochum (CHLB Đức) đã nỗ lực không ngừng nghỉ để vượt qua các giới hạn của công nghệ bằng cách tạo ra bước đột phá mới trong việc chuyển đổi lượng khí thải CO₂ với mục tiêu là biến khí nhà kính có hại thành nguồn tài nguyên có giá trị. Hệ thống xúc tác mới có thể giúp đạt được mục tiêu tái chế khí thải CO₂.

Các nhóm nhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới hiện đang phát triển các công nghệ chuyển đổi lượng khí thải CO₂ thành các nguyên liệu thô phục vụ các ứng dụng công nghiệp.

Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có thiết lập nào có thể thử nghiệm chất xúc tác đồng nhất trong điều kiện công nghiệp. Một nhóm nhà nghiên cứu khoa học do ông Kevinjeorjios Pellumbi và Giáo sư Ulf-Peter Apfel (Đại học Ruhr Bochum) đứng đầu cùng phối hợp với Viện Fraunhofer về Môi trường, An toàn và Công nghệ năng lượng – UMSICHT ở Oberhausen (CHLB Đức) hiện đã đạt kết quả nghiên cứu thu hẹp khoảng cách này. Ngoài ra, nhóm của Giáo sư Apfel còn hợp tác với nhóm các nhà nghiên cứu khác do Giáo sư Wolfgang Schöfberger (Đại học Johannes Kepler Linz, CH Áo) và các nhà nghiên cứu khác của Viện Fritz Haber ở Berlin (CHLB Đức) dẫn đầu.

Theo đó, các nhà nghiên cứu khoa học trên đã công bố những kết quả thử nghiệm đăng trên tạp chí Cell Reports Physical Science. Giáo sư Apfel cho biết, công việc của nhóm các nhà nghiên cứu đặt ra với mục đích vượt qua các ranh giới của công nghệ trong việc thiết lập một giải pháp hiệu quả cho việc chuyển đổi khí thải CO₂ nhằm mục tiêu biến khí thải gây hại cho khí hậu toàn cầu thành một nguồn tài nguyên hữu ích.

Nhóm các nhà nghiên cứu khoa học trên đã khám phá quá trình chuyển đổi khí thải CO₂ bằng phương pháp điện phân. Khi phân tích tế bào điện phân này, các nhà nghiên cứu khoa học nhận thấy có thể sử dụng chất xúc tác đồng nhất để chuyển đổi khí thải CO₂.

Trong quá trình này, một nguồn điện áp cung cấp năng lượng điện được đưa vào hệ thống phản ứng thông qua các điện cực và điều khiển các chuyển đổi hóa học xảy ra tại các điện cực. Chất xúc tác đã tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng hóa học; trong xúc tác điện đồng nhất, chất xúc tác thường là phức hợp kim loại hòa tan. Trong cái gọi là điện cực khuếch tán khí, khí thải CO₂ là nguyên liệu ban đầu chảy qua điện cực nơi các chất xúc tác chuyển đổi nó thành carbon monoxide. Carbon monoxide là nguyên liệu ban đầu rất phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất.

Các nhà nghiên cứu khoa học đã tích hợp các chất xúc tác phức hợp kim loại vào bề mặt điện cực mà không liên kết chúng với nhau về mặt hóa học; chứng minh rằng hệ thống thí nghiệm khoa học có thể chuyển đổi khí thải CO₂ một cách có hiệu quả khi thử nghiệm đã tạo ra mật độ dòng điện lớn hơn 300 miliampe/cm2. Hơn nữa, hệ thống thí nghiệm khoa học vẫn hoạt động ổn định trong hơn 100 giờ liên tục mà không có dấu hiệu trục trặc hay suy giảm.

Tất cả thí nghiệm khoa học trên đều được tiến hành, điều đó có nghĩa là các chất xúc tác đồng nhất thường có thể được sử dụng đối với các tế bào điện phân mà theo Giáo sư Ulf-Peter Apfel nhấn mạnh thì chúng yêu cầu thành phần điện cực cụ thể.

Theo đó, các điện cực phải cho phép chuyển đổi khí trực tiếp mà không cần dung môi để chất xúc tác không bị rò rỉ ra khỏi bề mặt điện cực. Ngược lại với những gì thường được mô tả trong tài liệu chuyên môn, những thí nghiệm khoa này không cần chuyên chở vật liệu để kết hợp hóa học chất xúc tác với bề mặt điện cực.

Về điểm này, Giáo sư Apfel nêu kết luận rằng phát hiện trên của nhóm nghiên cứu khoa học đã mở ra khả năng thử nghiệm và tích hợp các chất xúc tác điện đồng nhất hiệu suất cao và dễ dàng biến đổi trong các kịch bản ứng dụng dành cho các quá trình điện hóa.

Quan trọng hơn, họ đã chứng minh rằng hệ thống của họ có hiệu suất cao và ổn định trong thời gian dài mà không gặp vấn đề giảm hiệu suất. Điều này mở ra khả năng sử dụng chất xúc tác đồng nhất trong các quá trình điện phân, đồng thời loại bỏ nhu cầu sử dụng các vật liệu mang để kết hợp hóa chất xúc tác với bề mặt điện cực.

Tính đến thời điểm hiện tại, công nghệ này đang tạo ra triển vọng vững chắc cho việc chuyển đổi CO2 thành nguồn tài nguyên mới, với hy vọng rằng nó sẽ tiếp tục phát triển và thích ứng với các nguồn khí CO2 dồi dào nhất trong khí quyển.

An Khải (T/h)