Các nhà khoa học trên tạp chí ACS Energy Letters đã đề xuất một kiểu điện cực mới được thiết kế để giải quyết vấn đề này: thu giữ CO2 trực tiếp từ không khí và chuyển hóa nó thành axit formic—một chất hóa học hữu ích cho các ứng dụng như pin nhiên liệu và các quy trình công nghiệp khác. Thử nghiệm cho thấy hệ thống này hoạt động tốt hơn các điện cực chuyển đổi CO2 hiện có, cả khi tiếp xúc với khí thải mô phỏng và ở nồng độ CO2 tương đương với khí quyển.

Các nhà khoa học đã tìm ra cách biến khí thải carbon hàng ngày thành một chất hóa học hữu ích. Ảnh: Shutterstock

Việc loại bỏ CO2 từ không khí có thể trông đơn giản, vì thực vật làm được điều đó tự nhiên. Thách thức thực sự là biến CO2 đã tách được thành một sản phẩm có giá trị. Trong khí thải công nghiệp, CO2 thường bị lẫn với các khí khác như nitơ và oxy. Hầu hết các công nghệ chuyển đổi hiện nay chỉ hoạt động hiệu quả khi CO2 được tách riêng và cô đặc, điều này làm giảm tính khả thi khi xử lý khí thải thực tế.

Để khắc phục điều này, nhóm nghiên cứu gồm Donglai Pan, Myoung Hwan Oh, Wonyong Choi và các đồng sự đã phát triển một hệ thống có thể làm việc trực tiếp với khí thải ở điều kiện thực tế. Mục tiêu là tạo ra một thiết bị có thể xử lý cả khi CO2 chỉ có một lượng nhỏ và chuyển đổi ngay lập tức thành một sản phẩm có giá trị.

Nhóm các nhà khoa học thiết kế một điện cực cho phép khí thâm nhập, giữ lại CO2 và đồng thời chuyển hóa nó. Điện cực này gồm ba lớp: một vật liệu bắt giữ CO2, một tấm giấy than carbon thấm khí và một lớp xúc tác oxit thiếc (IV). Sự kết hợp của ba thành phần này cho phép CO2 được chuyển hóa trực tiếp thành axit formic.

Axit formic là một chất quan trọng được dùng trong nhiều ứng dụng, bao gồm pin nhiên liệu và các quy trình công nghiệp khác. Việc sản xuất axit formic từ CO2 thải ra môi trường có thể giúp tái sử dụng carbon một cách thực tế và tiết kiệm chi phí.

Khi thử nghiệm với CO2 tinh khiết, điện cực mới cho hiệu suất cao hơn khoảng 40% so với các điện cực chuyển đổi CO2 ở điều kiện phòng thí nghiệm tương tự. Hiệu quả này càng nổi bật khi dùng khí thải mô phỏng chứa 15% CO2, 8% oxy và 77% nitơ. Ở điều kiện này, hệ thống mới vẫn sản xuất một lượng axit formic đáng kể, trong khi các công nghệ khác chỉ tạo ra rất ít.

Điện cực này cũng cho thấy khả năng bắt giữ CO2 ở nồng độ tương tự khí quyển, cho thấy nó có thể hoạt động trong không khí xung quanh. Theo các nhà nghiên cứu, phương pháp này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn để tích hợp công nghệ thu giữ và chuyển hóa carbon vào các ứng dụng công nghiệp thực tế. Họ cũng gợi ý rằng các thiết kế tương tự có thể được điều chỉnh để thu giữ và chuyển hóa các khí nhà kính khác, bao gồm metan.