Biến carbon dioxide thải thành nhiên liệu tổng hợp

Tạo ra oxit kẽm bằng nhiệt độ siêu cao

TS Rahman Daiyan và TS Emma Lovell từ Trường Kỹ thuật Hóa học thuộc UNSWW công bố chi tiết phương pháp tạo ra các hạt nano, thúc đẩy chuyển hóa khí thải carbon thành các thành phần công nghiệp hữu ích.

Các nhà khoa học thuộc Phòng nghiên cứu thí nghiệm về hạt và chất xúc tác do giáo sư khoa học Rose Amal lãnh đạo, thông qua những thực nghiệm đã đưa ra phương pháp tạo ra oxit kẽm bằng nhiệt độ siêu cao, sử dụng một kỹ thuật được gọi là phun lửa nhiệt phân (FSP).

Bằng cách này, các nhà khoa học có thể tạo ra những hạt nano oxit kẽm đóng vai trò chất xúc tác, biến carbon dioxide thành ‘syngas’- hỗn hợp hydro và carbon monoxide, được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm công nghiệp.

Nhóm nghiên cứu cho biết, phương pháp tạo ra các syngas rẻ hơn và có thể mở rộng sản xuất, đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp nặng so với những kỹ thuật sản xuất hiện nay.

Các nhà khoa học sử dụng một ngọn lửa mở, nóng đến 2.000 độ, tạo ra các hạt nano oxit kẽm, sau đó sử dụng những hạt nano này, bằng phương pháp điện hóa chuyển đổi CO2, thành khí tổng hợp.

Chu trình chuyển hóa khí thải CO2 thành nhiên liệu và các tiền chất hữu ích trong công nghiệp.

Syngas thường được coi là một mảnh lego hóa học vì hai khối hóa chất - hydro và carbon monoxide, được kết hợp trong những tỷ lệ khác nhau sẽ tạo ra những vật liệu công nghiệp có ích như diesel tổng hợp, methanol, rượu hoặc nhựa, những tiền chất công nghiệp rất quan trọng.

Trong môi trường công nghiệp, một thiết bị điện phân có chứa các hạt nano từ oxit kẽm, được sản xuất bởi kỹ thuật FSP có thể chuyển khí thải CO2 thành các hoán vị hữu ích của khí tổng hợp.

Khí thải từ một nhà máy điện hoặc nhà máy xi măng, có thể được truyền qua thiết bị nhiệt điện phân này, bên trong là các hạt nano oxit kẽm, được phun ra từ ngọn lửa nhiệt độ cao của điện cực. Khi bơm khí thải CO2, khí sẽ được xử lý bằng điện và thu lại từ đầu ra là khi tổng hợp từ hỗn hợp carbon monoxide và hydro.

Bằng cách này, nhóm nghiên cứu đã tạo lên một vòng tròn khép kín khai thác sử dụng carbon trong các quy trình công nghiệp, không tạo ra khí nhà kính gây ô nhiễm môi trường.

Thử nghiệm với các hạt nano

Thực hiện những điều chỉnh nhỏ với phương thức tạo ra các hạt nano từ oxit kẽm, bị đốt cháy bằng kỹ thuật FSP, có thể xác định hỗn hợp cuối cùng của khí tổng hợp từ những khối hợp chất hóa học, được tạo trong quá trình chuyển đổi carbon dioxide.

Ví dụ, tỷ lệ 1-1 giữa carbon monoxide và hydro của khí tổng hợp được sử dụng làm nhiên liệu. Nhưng tỷ lệ 4 – 1 carbon monoxide và hydro được sử dụng để chế tạo nhựa.

Khi chọn oxit kẽm làm chất xúc tác, các nhà nghiên cứu khẳng định rằng giải pháp này là một sự thay thế rẻ hơn nhiều so với những phương pháp được thử nghiệm trước đây khi sử dụng những vật liệu đắt tiền làm chất xúc tác như palladi.

Mặc dù các nhà khoa học thành công chế tạo máy điện nhiệt phân, thử nghiệm thành công với khí thải CO2 chứa chất gây ô nhiễm, nhưng mở rộng công nghệ này thành kỹ thuật công nghiệp, có thể chuyển đổi tất cả lượng khí thải carbon từ một nhà máy nhiệt điện vẫn còn rất nhiều khó khăn thách thức.

Nhóm nhà khoa học cho biết, phát triển tiếp theo của dự án là thử nghiệm các hạt xúc tác nano trong môi trường khí thải từ các nhà máy, đảm bảo những hạt nano này chịu được các điều kiện khắc nghiệt và những hóa chất khác có trong khí thải công nghiệp và hoàn thiện công nghệ để có thể chuyển hóa thành kỹ thuật, ứng dụng mở rộng trong sản xuất và thương mại.