Nghiên cứu vật liệu thu giữ CO2 từ khói thải công nghiệp

Theo Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia NOAA, nồng độ carbon dioxide trung bình trong khí quyển toàn cầu năm 2018 là 407,4 phần triệu, cao nhất trong 800.000 năm trở lại đây vì nhiên liệu hóa thạch được đốt để lấy năng lượng, xuất phát từ các nhà máy và các cơ sở công nghiệp quy mô lớn. Tốc độ tăng của CO2 trong khí quyển do sản xuất trong sáu thập kỷ qua nhanh hơn khoảng 100 lần so với mức tăng do các nguyên nhân tự nhiên, chẳng hạn như những trường hợp xảy ra sau kỷ băng hà hơn 10.000 năm trước.

Nhóm nghiên cứu quốc tế do một nhà nghiên cứu hóa học của Đại học Tiểu bang Oregon đồng sáng lập đã phát hiện ra cách loại bỏ carbon dioxide (CO2) khỏi đường ống khói thải công nghiệp, điều này có thể trở thành chìa khóa vàng để giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu trong tương lai.

Trong khi CO2 đã tăng lên 40% do tác động của thời đại công nghiệp, làm trái đất nóng lên, những phát hiện này được công bố vào ngày 11 tháng 12 năm 2019 trên tạp chí Nature ngay lập tức trở thành tâm điểm thu hút sự chú ý vì tính kịp thời của nó.

Kyriakos Stylianou của Đại học Khoa học OSU và các đồng nghiệp từ École Polytechnique fédérale de Lausanne, Đại học Heriot-Watt ở Scotland, Đại học Ottawa và Đại học Granada ở Tây Ban Nha đã khai thác nhiều dữ liệu, làm bàn đạp để giải quyết thử thách: đối phó với phần nước có trong khói thải làm phức tạp đáng kể đến việc loại bỏ CO2.

Susana Garcia, phó giám đốc của Trung tâm nghiên cứu giải pháp carbon (RCCS) của Đại học Heriot-Watt, cho biết: “Phần thú vị của công việc này là nó thay đổi hoàn toàn cách chúng ta nghiên cứu. Sẽ có vật liệu tách carbon dioxide trong khí thải công nghiệp theo cách tiết kiệm nhất và có thể lưu trữ chúng làm tài nguyên cho ngành hóa chất.”

Việc khai thác dữ liệu liên quan đến hàng trăm ngàn vật liệu nano ( Metal Organic Framework được gọi là khung hữu cơ kim loại), thường được viết tắt là MOF. Các MOF có khả năng đánh chặn, thông qua sự hấp phụ, các phân tử CO2 được thu giữ khi khí thải thoát ra từ ống khói.

“Có vô số MOF khác biệt về cấu trúc hóa học, nhưng thách thức đặt ra là hầu hết chúng hoạt động không tốt khi phải thử nghiệm với khí thải thực tế. Nước trong khí thải cạnh tranh với CO2 cho cùng một vị trí hấp phụ, điều đó có nghĩa là các MOF đó không được lọc một cách chọn lọc như chúng ta muốn.” Tiến sĩ Stylianou nói.

Lướt qua hơn 325.000 MOF trong một thư viện kỹ thuật số, các nhà khoa học đã xác định được các loại chất hấp phụ liên kết CO2 khác nhau, sẽ duy trì tính chọn lọc của chúng khi có nước. Sau đó, trong phòng thí nghiệm, Arunraj Chidambaram, nghiên cứu sinh tiến sĩ của Stylianou, đã tạo ra hai trong số các MOF có chứa một chất hấp phụ kỵ nước – chống thấm nước – gồm hai lõi thơm và thử nghiệm chúng. Các nhà khoa học nhận thấy rằng hiệu suất phân tách của MOF không bị ảnh hưởng bởi nước, chúng còn vượt trội hơn một số vật liệu loại bỏ CO2 hiện có trên thị trường như than hoạt tính và zeolite 13X.

Tiến sĩ Stylianou chia sẻ: “Chúng tôi đã đi từ thiết kế đến tổng hợp và ứng dụng bằng việc sử dụng các tính toán, khám phá vị trí hoạt động để thu CO2. Các MOF đã thực hiện tối ưu cho việc bắt giữ CO2 ướt vì các MOF này có hai vị trí riêng biệt trong cấu trúc của chúng, một cho nước và một cho CO2, và do đó, CO2 và nước là các các phân tử không cạnh tranh với nhau. “

Nghiên cứu sâu hơn, ông nói thêm rằng nhóm sẽ xem xét mở rộng cách chế tạo và kiểm tra MOF trong phạm vi được yêu cầu bởi giảm thiểu mức phát thải CO2 công nghiệp là thách thức vô cùng lớn.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Bộ Chiến lược Kinh doanh, Năng lượng & Công nghiệp Vương quốc Anh, Văn phòng Năng lượng Liên bang Thụy Sĩ, Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ, Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu, Trung tâm Năng lực Quốc gia Thụy Sĩ, Liên minh Châu Âu và Trung tâm phân tích khí sạch đã hỗ trợ nghiên cứu này.

Nguồn scitechdaily.com