Vật liệu mới để thu giữ có chọn lọc CO2 từ khí thải công nghiệp

Vật liệu này có thể được sử dụng để đặc biệt tách khí nhà kính carbon dioxide (CO₂) khỏi khí tự nhiên, khí thải công nghiệp hoặc khí sinh học, do đó có thể sử dụng để tái chế.

Phương pháp tách là hiệu quả năng lượng và kinh tế. Bài đăng trên tạp chí “Khoa học Vật lý”, nhóm nghiên cứu đã mô tả cấu trúc và chức năng của vật liệu.

Vật liệu do nhóm Bayreuth tạo ra có một ưu điểm lớn so với các quy trình tách trước đó: Nó có thể loại bỏ hoàn toàn CO₂ khỏi hỗn hợp khí mà không cần phải liên kết hóa học CO₂. Các hỗn hợp khí này có thể là khí thải từ các nhà máy công nghiệp, nhưng cũng có thể là khí sinh học hoặc khí tự nhiên.

Martin Rieß, MSc tác giả nghiên cứu

Trong tất cả các tình huống này, CO2 tích tụ trong các khoang của vật liệu chỉ do tương tác vật lý. Từ điểm đó, nó có thể được thải ra mà không tốn nhiều năng lượng, để có thể tiếp cận trở lại như một nguồn tài nguyên cho sản xuất công nghiệp.

Do đó, phương pháp tách có hiệu quả, nói về mặt hóa học, dựa trên nguyên tắc hấp phụ vật lý. Tương tự như một bể chứa mở rộng, vật liệu mới có thể được đóng gói và thải khí CO₂ theo cách tiết kiệm năng lượng.

Trong các phòng thí nghiệm của Bayreuth, nó được chế tạo theo cách để chỉ tách CO₂ chứ không phải bất kỳ khí nào khác từ các hỗn hợp khí đa dạng nhất.

“Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã thành công trong việc thiết kế một loại vật liệu hoàn thành hai nhiệm vụ cùng một lúc. Mặt khác, các tương tác vật lý với CO₂ đủ mạnh để giải phóng và giữ lại khí nhà kính này khỏi một hỗn hợp khí. Tuy nhiên, mặt khác, chúng đủ yếu để cho phép giải phóng CO₂ khỏi vật liệu với một năng lượng nhỏ.”- Martin Rieß, ThS, Tác giả nghiên cứu đầu tiên và Nhà nghiên cứu Tiến sĩ, Nhóm Nghiên cứu Hóa học Vô cơ I, Đại học Bayreuth

Vật liệu mới là sự kết hợp vô cơ-hữu cơ. Nền tảng hóa học là các khoáng sét bao gồm hàng trăm tấm thủy tinh riêng biệt. Các tấm này có độ dày chỉ 1 nm và được đặt chính xác trên tấm kia.

Các phân tử hữu cơ phân bố giữa các tấm thủy tinh đóng vai trò là chất đệm. Đặc tính hóa học và hình dạng của chúng đã được lựa chọn sao cho các không gian lỗ rỗng hình thành được tùy chỉnh một cách lý tưởng để thu CO₂.

Chỉ các phân tử CO ₂ mới có thể xâm nhập vào hệ thống lỗ xốp của vật liệu và được giữ lại ở đó. Ngược lại, nitơ, mêtan và các thành phần khí thải khác ở bên ngoài do kích thước của các phân tử của chúng. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng cái được gọi là hiệu ứng rây phân tử để tăng cường tính chọn lọc của vật liệu đối với CO₂ .

Hiện tại, họ đang nghiên cứu sự phát triển của một hệ thống màng dựa trên khoáng sét, được thiết kế để cho phép tách CO₂ không ngừng, có chọn lọc và tiết kiệm năng lượng khỏi hỗn hợp khí.

Việc phát triển một loại vật liệu lai được chế tạo riêng để loại bỏ và cung cấp CO₂ là khả thi do hệ thống đo chuyên dụng được lắp đặt trong các phòng thí nghiệm của Bayreuth, cho phép xác định chính xác lượng khí bị hấp phụ và độ chọn lọc của vật liệu hấp phụ. Điều này đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhân rộng các quy trình công nghiệp trên thực tế.

“Tất cả các tiêu chí liên quan đến việc đánh giá quy trình tách CO₂ công nghiệp đã được vật liệu lai của chúng tôi đáp ứng hoàn toàn. Nó có thể được sản xuất với chi phí hiệu quả và góp phần quan trọng vào việc giảm lượng khí thải carbon dioxide trong công nghiệp, mà còn trong quá trình xử lý khí sinh học và khí tự nhiên có tính axi.” – Martin Rieß, ThS, Tác giả nghiên cứu đầu tiên và Nhà nghiên cứu Tiến sĩ, Nhóm Nghiên cứu Hóa học Vô cơ I, Đại học Bayreuth.

Sự phát hiện phương pháp tách CO2 mới này đã giúp ngành công nghiệp có những “ước mơ” mới trong việc phát triển bền vững. Bên cạnh những phương pháp đã và đang áp dụng như: Máy ozone công nghiệp, tháp hấp phụ, … Hi vọng rằng, trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến phương pháp này và sớm ứng dụng chúng trong thực tế.

Nguồn: https://www.azom.com/news.aspx?newsID=54819