Chất xúc tác mới chuyển đổi CO2 thành ethanol hiệu quả cao

Ethanol là một thành phần quan trọng trong hầu hết các loại xăng của Mỹ, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, dược phẩm và mỹ phẩm.

Quá trình này hoạt động bằng giải pháp chuyển đổi điện hóa khí CO2, thải ra từ những quy trình công nghiệp nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch hoặc nhà máy lên men rượu, thành sản phẩm có giá trị cao.

Chất xúc tác đồng phân tán đơn nguyên tử với bột độn cacbon giúp phân tác nước và CO2, tạo ra ethanol.

Chất xúc tác là đồng phân tán đơn nguyên tử với bột độn carbon. Thông  qua phản ứng điện hóa, chất xúc tác phá vỡ các phân tử CO2 và nước, đồng thời kết hợp một cách có chọn lọc các phân tử bị phá vỡ thành ethanol dưới điện trường bên ngoài.

Tính chọn lọc của chất xúc tác điện ly, hay còn gọi là "hiệu suất Faradaic" của quy trình đạt hơn 90%, cao hơn nhiều so với bất kỳ quy trình điện phân khác. Đồng thời, chất xúc tác này hoạt động ổn định khi điện phân kéo dài dưới điện áp thấp.

Tao Xu, giáo sư hóa lý và công nghệ nano thuộc Đại học Bắc Illinois cho biết, trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát hiện được một cơ chế xúc tác mới, chuyển hóa carbon dioxide và nước thành ethanol.

Do CO2 là một phân tử bền vững, quá trình biến đổi carbon dioxide thành một phân tử khác đòi hỏi nhiều năng lượng và chi phí cao.

Theo Di-Jia Liu, nhà hóa học cấp cao thuộc cơ quan Kỹ thuật và Khoa học Hóa học của Phòng Nghiên cứu Quốc gia Argonne, có thể kết hợp quá trình điện hóa chuyển đổi CO2 thành ethanol bằng giải pháp sử dụng chất xúc tác mới, kết hợp với lưới điện công nghiệp, tận dụng nguồn điện giá rẻ có sẵn từ những nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió trong giờ thấp điểm.

Nhờ thông lượng photon cao của chùm tia X, các nhà nghiên cứu nắm bắt được những thay đổi cấu trúc của chất xúc tác trong quá trình phản ứng điện hóa.

Những dữ liệu này cùng với việc sử dụng kính hiển vi điện tử độ phân giải cao tại Trung tâm vật liệu nano và mô hình toán học sử dụng Trung tâm Tài nguyên Máy tính Phòng thí nghiệm LCRC cho thấy sự chuyển đổi thuận nghịch từ đồng phân tán đơn nguyên tử thành các cụm 3 nguyên tử đồng khi áp dụng điện áp thấp.

Ba cụm nguyên tử đồng dưới điện áp thấp phân tách Co2, nước và tạo thành ethanol.

Chất xúc tác chuyển đổi CO2 thành ethanol xảy ra trên những cụm đồng nhỏ bé này. Phát hiện mới làm rõ hơn các phương pháp nâng cao hiệu quả chất xúc tác bằng những thiết kế hợp lý.

Ông Liu cho biết: "Chúng tôi sử dụng phương pháp này, tạo ra một số chất xúc tác mới và nhận thấy rằng tất cả những chất xúc tác có được đều có hiệu quả cao trong quá trình chuyển đổi CO2 thành các hydrocarbon khác".