Carbon dioxide (CO2) là một loại khí nhà kính mạnh, có nghĩa là nó có khả năng hấp thụ nhiệt và làm ấm hành tinh. Mặc dù nó là một phần tự nhiên của bầu khí quyển Trái đất, các hoạt động của con người đã đẩy nhanh quá trình giải phóng và vào năm 2021, ước tính nó chiếm 79% tổng lượng khí thải nhà kính dựa trên con người. Do đó, các nhà khoa học đang cố gắng tìm cách đưa nó ra khỏi bầu khí quyển với hy vọng rằng nó sẽ giúp làm chậm, hoặc thậm chí đảo ngược, xu hướng nóng lên nguy hiểm của hành tinh.

Chỉ mới tuần trước, đã có thông báo rằng các nhà khoa học đã có thể loại bỏ CO2 khỏi không khí bằng cách thực hiện một quá trình cố định trong vi khuẩn sống. Năm ngoái, một quy trình sản xuất bê tông hấp thụ CO2 đã được công bố, cũng như một loại gỗ được sản xuất có thể lấy khí. Và vào năm 2022, người ta đã tiết lộ rằng nhà máy thu giữ không khí trực tiếp lớn nhất thế giới để loại bỏ carbon dioxide sẽ được xây dựng ở Wyoming.

Bây giờ, một trong những cách tiếp cận sáng tạo hơn để đưa CO2 ra khỏi không khí đã được các nhà nghiên cứu công bố. Nó liên quan đến việc sử dụng cả phản ứng điện hóa và nhiệt hóa ở nhiệt độ tương đối thấp để chuyển đổi khí độc hại thành sợi nano carbon có lợi.

Trong hình minh họa về quá trình, vòng màu xanh đại diện cho phản ứng điện phân trong khi vòng màu cam đại diện cho pha xúc tác nhiệt

Trong khi chuyển đổi CO2 thành sợi nano đã được thử trước đây, quá trình này đã yêu cầu nhiệt độ đặc biệt cao vượt quá 1.000 ° C (khoảng 1.832 ° F). Các nhà nghiên cứu BNL và CU đã giải quyết yêu cầu này bằng cách chia quá trình chuyển đổi thành nhiều giai đoạn bằng các quy trình khác nhau.

"Nếu bạn tách phản ứng thành nhiều bước phản ứng phụ, bạn có thể xem xét sử dụng các loại năng lượng đầu vào và chất xúc tác khác nhau để làm cho mỗi phần của phản ứng hoạt động", tác giả chính của nghiên cứu Zhenhua Xie cho biết.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chất điện xúc tác của palladium được hỗ trợ trên carbon, phân tách hỗn hợp CO2 và nước thành carbon monoxide (CO) và hydro (H2) khi một dòng điện được đưa vào.

Sau đó, họ chuyển sang một chất xúc tác nhiệt làm từ hợp kim sắt-coban. Điều này cho phép họ quay CO từ giai đoạn đầu tiên thành sợi nano carbon ở nhiệt độ chỉ 400 ° C (khoảng 752 ° F), theo họ, là mức nhiệt có thể đạt được nhiều hơn để sử dụng ở quy mô công nghiệp.

"Bằng cách kết hợp điện phân và xúc tác nhiệt, chúng tôi đang sử dụng quá trình song song này để đạt được những điều không thể đạt được chỉ bằng một trong hai quá trình", Jingguang Chen của CU, người đứng đầu nghiên cứu cho biết.

Hơn nữa, khi các sợi nano carbon hình thành, chúng đẩy chất xúc tác ra khỏi bề mặt, cho phép nó được thu giữ và tái sử dụng. Về mặt tái sử dụng, các nhà nghiên cứu cũng nói rằng hydro được sản xuất trong giai đoạn đầu tiên có thể được thu giữ và tái sử dụng làm nguồn nhiên liệu.

"Đối với các ứng dụng thực tế, cả hai đều thực sự quan trọng - phân tích dấu chân CO2 và khả năng tái chế của chất xúc tác", Chen nói. "Kết quả kỹ thuật của chúng tôi và những phân tích khác cho thấy chiến lược song song này mở ra cánh cửa khử cacbon CO2 thành các sản phẩm carbon rắn có giá trị trong khi sản xuất H2 tái tạo."

Bởi vì chúng siêu bền, các nhà nghiên cứu cho biết các sợi nano carbon có thể có một loạt các ứng dụng, đặc biệt là như một chất tăng cường cho bê tông.

"Bạn có thể đưa các sợi nano carbon vào xi măng để tăng cường xi măng", Chen nói. "Điều đó sẽ khóa carbon trong bê tông trong ít nhất 50 năm, có khả năng lâu hơn. Đến lúc đó, thế giới nên được chuyển sang các nguồn năng lượng tái tạo chủ yếu không phát thải carbon".

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Catalysis.