Nghiên cứu công bố ngày 21/1 trên tạp chí ACS Energy Letters cho biết nhóm khoa học đã phát triển một loại điện cực mới có khả năng vừa thu giữ CO₂ vừa chuyển hóa trực tiếp thành axit formic – một hóa chất có giá trị trong công nghiệp.

Khí thải từ lò sưởi gia đình, lò đốt, nhà máy công nghiệp… là nguồn phát thải CO₂ lớn vào khí quyển, góp phần gây biến đổi khí hậu. Theo nhóm nghiên cứu, thay vì tách riêng hai bước “thu giữ” và “chuyển hóa” carbon như các công nghệ hiện nay, họ đã tích hợp cả hai chức năng vào một thiết bị duy nhất.

“Công trình này cho thấy thu giữ và chuyển hóa carbon không nhất thiết phải là hai quy trình riêng biệt. Việc tích hợp vào một điện cực mở ra con đường đơn giản hơn để tận dụng CO₂ trong điều kiện khí thải thực tế,” nhà nghiên cứu Wonyong Choi cho biết.

Thách thức trong chuyển hóa CO₂

Dù thực vật có thể hấp thụ CO₂ một cách tự nhiên, việc biến khí này thành sản phẩm hữu ích ở quy mô công nghiệp lại rất khó khăn. Trong khí thải thực tế, CO₂ thường lẫn với lượng lớn nitơ và oxy. Phần lớn hệ thống hiện nay chỉ hoạt động hiệu quả khi CO₂ đã được tinh lọc và cô đặc – điều này làm tăng chi phí và độ phức tạp.

Nhằm khắc phục hạn chế đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống có thể hoạt động trực tiếp với khí thải chưa tinh lọc và vẫn hiệu quả ngay cả khi nồng độ CO₂ thấp.

Thiết kế điện cực ba lớp

Thiết bị mới gồm một điện cực cấu trúc ba lớp: lớp vật liệu chọn lọc thu giữ CO₂, lớp giấy carbon cho phép khí thấm qua và lớp xúc tác làm từ thiếc(IV) oxit. Cấu trúc này cho phép khí đi xuyên qua, giữ lại CO₂ và chuyển hóa ngay lập tức thành axit formic.

Axit formic là hợp chất được sử dụng trong pin nhiên liệu và nhiều quy trình công nghiệp khác. Việc sản xuất trực tiếp từ khí thải có thể giúp tái chế carbon hiệu quả hơn.

Hình minh họa: scitechdaily.com

Hiệu suất vượt trội trong điều kiện thực tế

Trong thử nghiệm với CO₂ tinh khiết, điện cực mới đạt hiệu suất cao hơn khoảng 40% so với các thiết kế hiện có. Khi sử dụng hỗn hợp khí mô phỏng khí thải công nghiệp (15% CO₂, 8% oxy và 77% nitơ), hệ thống vẫn tạo ra lượng axit formic đáng kể, trong khi nhiều phương pháp khác gần như không hoạt động.

Đáng chú ý, thiết bị cũng vận hành được ở nồng độ CO₂ tương đương không khí tự nhiên, cho thấy tiềm năng ứng dụng ngoài thực địa.

Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ này có thể giúp việc thu giữ và tái sử dụng carbon trở nên khả thi hơn trong công nghiệp. Trong tương lai, thiết kế tương tự có thể được điều chỉnh để xử lý các khí nhà kính khác như methane, góp phần giảm phát thải và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn carbon.

(https://scitechdaily.com)