Theo trưởng nhóm nghiên cứu Charles McCrory, thay vì chỉ lưu trữ hoặc chôn lấp CO₂, phương pháp mới cho phép “tái chế nâng cấp” khí thải này thành nguyên liệu hữu ích cho công nghiệp. Đây được xem là một bước tiến quan trọng hướng tới mô hình kinh tế tuần hoàn carbon — nơi chất thải được chuyển hóa thành tài nguyên.

Nghiên cứu nằm trong khuôn khổ Trung tâm Center for Closing the Carbon Cycle (4C), chương trình do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ với mục tiêu tìm kiếm các giải pháp chuyển đổi CO₂ thành nhiên liệu và sản phẩm có giá trị.

Giải pháp sạch hơn cho ngành xi măng

Hiện nay, xi măng Portland — loại xi măng phổ biến nhất — được sản xuất chủ yếu từ đá vôi và các khoáng silicat canxi. Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng và thải ra lượng lớn CO₂. Vì vậy, việc phát triển các vật liệu thay thế thân thiện hơn với môi trường đang trở thành ưu tiên của giới khoa học.

Hình (scitechdaily.com)

Oxalat kim loại được xem là một lựa chọn tiềm năng, bởi chúng có thể đóng vai trò tiền chất trong sản xuất xi măng thay thế. Trước đây, các phản ứng chuyển CO₂ thành oxalat thường cần sử dụng lượng lớn chì làm chất xúc tác, gây lo ngại về tác động môi trường và sức khỏe.

Nhóm nghiên cứu đã khắc phục hạn chế này bằng cách sử dụng polymer để kiểm soát môi trường vi mô xung quanh tâm xúc tác. Nhờ đó, lượng chì cần thiết được giảm xuống mức cực thấp — chỉ còn ở mức phần tỷ (ppb), tương đương với tạp chất có sẵn trong nhiều vật liệu carbon thương mại. Việc điều chỉnh môi trường hóa học và môi trường phối trí giúp tối ưu hoạt tính xúc tác và nâng cao hiệu suất phản ứng.

Quy trình điện hóa và tiềm năng ứng dụng

Quy trình chuyển đổi CO₂ diễn ra trong hệ điện cực. Tại một điện cực, CO₂ được khử thành ion oxalat hòa tan. Ở điện cực còn lại, kim loại bị oxy hóa và giải phóng ion kim loại. Các ion này kết hợp với oxalat tạo thành oxalat kim loại rắn và kết tủa khỏi dung dịch — sản phẩm có thể thu hồi để đưa vào quy trình sản xuất xi măng.

Các nhà khoa học cho rằng oxalat kim loại vẫn là lĩnh vực còn ít được khai thác nhưng có tiềm năng lớn, không chỉ trong vật liệu xi măng mà còn trong tổng hợp hóa học và lưu trữ carbon. Những tính toán lý thuyết cũng đã xác nhận tính khả thi của cơ chế xúc tác sử dụng lượng chì cực nhỏ.

Một điểm quan trọng của phương pháp này là CO₂ sau khi được chuyển thành oxalat kim loại rắn sẽ không dễ quay trở lại khí quyển trong điều kiện thông thường, giúp tạo ra hình thức thu giữ carbon thực sự với lợi ích kinh tế rõ ràng.

Mặc dù vẫn cần thêm nghiên cứu để mở rộng quy mô sản xuất, các nhà khoa học nhận định rằng công nghệ điện phân CO₂ đã có nền tảng phát triển công nghiệp. Việc giảm đáng kể lượng kim loại độc hại trong xúc tác cũng là yếu tố then chốt giúp công nghệ có tiềm năng thương mại hóa trong tương lai, góp phần thúc đẩy ngành vật liệu xây dựng phát triển theo hướng bền vững.

nttvy (https://scitechdaily.com/)