Chất xúc tác mới có thể cung cấp giải pháp tiềm năng để tận dụng lượng cacbon thu được
Một nghiên cứu của Đại học Northwestern giới thiệu một chất xúc tác tiết kiệm chi phí được làm từ molypden và đường ăn để chuyển CO2 thành carbon monoxide, trình bày một phương pháp khả thi để biến carbon thu được thành các sản phẩm hữu ích như tiền chất nhiên liệu.
Một chất xúc tác mới được làm từ kim loại rẻ tiền, dồi dào và đường ăn thông thường có khả năng phá hủy khí carbon dioxide (CO2).
Trong một nghiên cứu mới của Đại học Northwestern, chất xúc tác đã chuyển đổi thành công CO2 thành carbon monoxide (CO), một thành phần quan trọng để sản xuất nhiều loại hóa chất hữu ích. Ví dụ, khi phản ứng xảy ra với sự có mặt của hydro, CO2 và hydro biến thành khí tổng hợp (hoặc khí tổng hợp), tiền chất có giá trị cao để sản xuất nhiên liệu có khả năng thay thế xăng.
Với những tiến bộ gần đây trong công nghệ thu hồi carbon, thu hồi carbon sau đốt cháy đang trở thành một lựa chọn hợp lý để giúp giải quyết cuộc khủng hoảng biến đổi khí hậu toàn cầu. Nhưng làm thế nào để xử lý lượng carbon thu được vẫn là một câu hỏi mở. Chất xúc tác mới có khả năng cung cấp một giải pháp xử lý khí nhà kính mạnh bằng cách chuyển đổi nó thành sản phẩm có giá trị hơn.
Nghiên cứu sẽ được công bố trên tạp chí Science số ra ngày 3 tháng 5.
Milad Khoshooei của Northwestern, người đồng chủ trì nghiên cứu, cho biết: “Ngay cả khi chúng ta ngừng thải CO2 bây giờ, bầu khí quyển của chúng ta vẫn dư thừa CO2 do các hoạt động công nghiệp từ nhiều thế kỷ trước”. “Không có giải pháp duy nhất cho vấn đề này. Chúng ta cần giảm lượng khí thải CO2 và tìm ra những cách mới để giảm nồng độ CO2 hiện có trong khí quyển. Chúng ta nên tận dụng mọi giải pháp có thể.”
Sơ đồ này cho thấy toàn bộ quá trình tạo ra chất xúc tác và sử dụng nó để chuyển đổi carbon dioxide. Tín dụng: Milad Khoshooei
Omar K. Farha, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi không phải là nhóm nghiên cứu đầu tiên chuyển đổi CO2 thành một sản phẩm khác. “Tuy nhiên, để quy trình này thực sự thực tế, nó cần có chất xúc tác đáp ứng một số tiêu chí quan trọng: khả năng chi trả, tính ổn định, dễ sản xuất và khả năng mở rộng. Cân bằng bốn yếu tố này là điều quan trọng. May mắn thay, tài liệu của chúng tôi đã đáp ứng được những yêu cầu này một cách xuất sắc.”
Là một chuyên gia về công nghệ thu hồi carbon, Farha là Giáo sư Hóa học Charles E. và Emma H. Morrison tại Trường Cao đẳng Khoa học và Nghệ thuật Weinberg của Northwestern. Sau khi bắt đầu công việc này với tư cách là Tiến sĩ. ứng cử viên tại Đại học Calgary ở Canada, Khoshooei hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Farha.
Giải pháp từ phòng đựng thức ăn
Bí mật đằng sau chất xúc tác mới là cacbua molypden, một vật liệu gốm cực kỳ cứng. Không giống như nhiều chất xúc tác khác đòi hỏi kim loại đắt tiền, chẳng hạn như bạch kim hoặc palladium, molypden là kim loại rẻ tiền, không quý, có nhiều trên Trái đất.
Để biến molypden thành cacbua molypden, các nhà khoa học cần một nguồn carbon. Họ phát hiện ra một lựa chọn rẻ tiền ở một nơi không ngờ tới: phòng đựng thức ăn. Điều đáng ngạc nhiên là đường - loại đường dạng hạt màu trắng được tìm thấy ở hầu hết mọi hộ gia đình - lại được sử dụng như một nguồn cung cấp nguyên tử carbon tiện lợi, rẻ tiền.
Khoshooei nói: “Mỗi ngày tôi cố gắng tổng hợp những vật liệu này, tôi đều mang đường từ nhà đến phòng thí nghiệm. “Khi so sánh với các loại vật liệu khác thường được sử dụng làm chất xúc tác, vật liệu của chúng tôi cực kỳ rẻ.”
Chọn lọc thành công và ổn định
Khi thử nghiệm chất xúc tác, Farha, Khoshooei và các cộng tác viên của họ đã rất ấn tượng trước thành công của nó. Hoạt động ở áp suất xung quanh và nhiệt độ cao (300-600 độ C), chất xúc tác đã chuyển đổi CO2 thành CO với độ chọn lọc 100%.
Độ chọn lọc cao có nghĩa là chất xúc tác chỉ tác dụng lên CO2 mà không phá vỡ các vật liệu xung quanh. Nói cách khác, ngành công nghiệp có thể áp dụng chất xúc tác cho khối lượng lớn khí thu được và chỉ nhắm mục tiêu có chọn lọc vào CO2. Chất xúc tác cũng ổn định theo thời gian, nghĩa là nó vẫn hoạt động và không bị phân hủy.
Farha cho biết: “Trong hóa học, không có gì lạ khi chất xúc tác mất đi tính chọn lọc sau vài giờ. “Tuy nhiên, sau 500 giờ trong điều kiện khắc nghiệt, độ chọn lọc của nó không thay đổi”.
Điều này đặc biệt đáng chú ý vì CO2 là một phân tử ổn định và cứng đầu.
Khoshooei cho biết: “Việc chuyển đổi CO2 không hề dễ dàng. “CO2 là một phân tử ổn định về mặt hóa học và chúng tôi phải khắc phục sự ổn định đó vốn tiêu tốn rất nhiều năng lượng.”
Phương pháp tiếp cận song song để làm sạch carbon
Phát triển vật liệu thu giữ carbon là trọng tâm chính của phòng thí nghiệm của Farha. Nhóm của ông phát triển các khung kim loại-hữu cơ (MOF), một loại vật liệu có kích thước nano, có độ xốp cao mà Farha ví như “bọt biển tắm tinh vi và có thể lập trình được”. Farha khám phá MOF cho các ứng dụng đa dạng, bao gồm cả việc hút CO2 trực tiếp từ không khí.
Hiện nay, Farha cho biết MOF và chất xúc tác mới có thể phối hợp với nhau để đóng vai trò thu giữ và cô lập carbon.
Farha đề xuất: “Tại một thời điểm nào đó, chúng ta có thể sử dụng MOF để thu giữ CO2, sau đó dùng chất xúc tác để chuyển nó thành thứ có lợi hơn”. “Một hệ thống song song sử dụng hai vật liệu riêng biệt cho hai bước tuần tự có thể là con đường hướng tới tương lai.”
Khoshooei nói thêm: “Điều này có thể giúp chúng tôi trả lời câu hỏi: 'Chúng ta phải làm gì với lượng CO2 thu được?'". “Ngay bây giờ, kế hoạch là cô lập nó dưới lòng đất. Nhưng các hồ chứa dưới lòng đất phải đáp ứng nhiều yêu cầu để có thể lưu trữ CO2 một cách an toàn và lâu dài. Chúng tôi muốn thiết kế một giải pháp phổ quát hơn có thể sử dụng ở mọi nơi đồng thời tăng thêm giá trị kinh tế.”
Tham khảo: “Chất xúc tác cacbua molypden dạng khối hoạt tính, ổn định cho phản ứng dịch chuyển khí-nước ngược ở nhiệt độ cao” của Milad Ahmadi Khoshooei, Xijun Wang, Gerardo Vitale, Filip Formalik, Kent O. Kirlikovali, Randall Q. Snurr, Pedro Pereira- Almao và Omar K. Farha, ngày 2 tháng 5 năm 2024, Khoa học.
DOI: 10.1126/science.adl1260
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Kỹ thuật Canada.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
