Công nghệ sửa đổi màng lọc cho phép tăng gấp 150 lần lượng CO2 thu được

Rich Spontak, GS Hóa học & Kỹ thuật Phân tử Sinh học thuộc Đại học Bang North Carolina, đồng tác giả của bản báo cáo khoa học về nghiên cứu cho biết, để chứng minh khả năng của những màng lọc mới, nhóm nghiên cứu đã xem xét hỗn hợp CO2 và nitơ, do hỗn hợp CO/nitơ dioxide có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm phát thải khí nhà kính từ các nhà máy điện.

Nhóm nghiên cứu cũng xem xét hỗn hợp CO2 và methane, có ý nghĩa quan trọng với ngành khí tự nhiên. Các màng lọc CO 2 có thể được sử dụng trong mọi tình huống cần loại bỏ CO2 khỏi các khí hỗn hợp, trong ứng dụng y sinh hay lọc khí CO2 khỏi không khí trong tàu ngầm.

Màng lọc không chiếm nhiều không gian vật lý, có thể được chế tạo với nhiều kích cỡ khác nhau, rất dễ dàng thay thế. Đây là một công nghệ hiệu quả loại bỏ CO2 khỏi những khí hỗn hợp. Công nghệ hiện nay thường được sử dụng để loại bỏ CO2 là hấp thụ hóa học, thổi hỗn hợp khí sủi bọt k qua một ống chứa amin lỏng để loại bỏ CO2 khỏi khí. Nhưng công nghệ hấp thụ này đòi hỏi thiết bị có thể tích lớn và các amin lỏng là chất độc hại và ăn mòn.

Những màng lọc CO2 này hoạt động theo phương thức cho phép CO2 đi qua màng nhanh hơn những thành phần khác của khí hỗn hợp. Do đó khí thoát ra phía bên kia màng có tỷ lệ CO2 cao hơn hẳn hỗn hợp khí đi vào màng. Khí thu giữ từ màng có lượng CO 2 lớn hơn nhiều so với các thành phần khí khác.

Một thách thức lớn với các màng lọc nguyên tắc này là sự thuận nghịch giữa tính thấm và tính chọn lọc. Độ thẩm thấu càng cao, lượng khí di chuyển qua màng càng nhanh. Nhưng khi tính thấm tăng lên, tính chọn lọc giảm xuống, nitơ hoặc các thành phần khí khác cũng đi qua màng, giảm thiểu tỷ lệ CO2 so với các khí khác trong hỗn hợp. Khi độ chọn lọc giảm, lượng khí CO2 giảm xuống.

Nhóm các nhà khoa học Mỹ và Na Uy giải quyết thách thức này bằng cách trải các chuỗi polymer hoạt tính hóa học, ưa nước và ưa khí CO2 trên bề mặt các màng hiện có. Giải pháp này làm tăng tính chọn lọc CO2 và độ thẩm thấu giảm không nhiều.

Thử nghiệm cho thấy tính chọn lọc loại bỏ CO2 được tăng cường trong khi vẫn giữ được tính thẩm thấu CO2 tương đối cao của màng.

Với sự thay đổi nhỏ về độ thẩm thấu, nhóm nghiên cứu đã tăng độ chọn lọc lên khoảng 150 lần. Thu giữ CO2 với tỷ lệ cao hơn nhiều so với những thành phần khác trong hỗn hợp khí.

Một thách thức khác màng lọc CO2 có chi phí cao. Các công nghệ màng lọc trước đây càng hiệu quả thì càng đắt. Nhóm nghiên cứu muốn một công nghệ có khả năng thương mại hóa, do đó, công nghệ của nhóm được phát triển với những màng đã được sử dụng rộng rãi. Nhóm đã thiết kế lại bề mặt của những màng này nhằm tăng cường tính chọn lọc. Dù công nghệ sử dụng chuỗi polymer làm tăng chi phí, nhưng hiệu quả của các màng lọc được sửa đổi kinh tế hơn so với chi phí gia tăng do lượng CO2 thu giữ được lớn hơn.

Nhóm nhà khoa học đang nghiên cứu các polymer khác để có được kết quả tương đương hoặc vượt trội hơn, đồng thời hoàn thiện quy trình sản xuất nano. Mặc dù kết quả thu được rất ấn tượng, nhưng nhóm nghiên cứu tìm cách tối ưu hóa quy trình sửa đổi để có thể lọc khí CO2 hiệu quả hơn nữa.

Các nhà nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện công nghệ sửa đổi màng lọc CO2 để có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, cải thiện chức năng của các thiết bị lọc không khí đồng thời giảm thiểu biến đổi khí hậu bằng phương pháp thu giữ CO2 hiệu suất cao.