Công nghệ màng sinh học mỏng chuyển hóa CO₂ thành khí sinh học methane tinh khiết cao
Nhà nghiên cứu Lu Feng (NIBIO) cùng các đồng nghiệp tại Viện Nghiên cứu Nông nghiệp và Môi trường Na Uy (NIBIO) và Đại học Khoa học Sự sống Na Uy (NMBU) đã phát triển một phương pháp mới dựa trên màng sinh học để biến các khí nhà kính như carbon dioxide (CO₂) và carbon monoxide (CO) thành khí methane tái tạo với độ tinh khiết vượt quá 96%.
Dưới sự dẫn dắt của tiến sĩ Lu Feng, nhóm nghiên cứu đã công bố 5 bài báo khoa học chứng minh cách các lớp vi sinh vật siêu mỏng — gọi là biofilm (màng sinh học) — có thể được thiết kế để thu giữ và chuyển hóa dòng khí thành methane sạch có thể đốt cháy.
“Thay vì phân hủy chất thải hữu cơ như trong sản xuất khí sinh học truyền thống, phương pháp màng sinh học xử lý trực tiếp các loại khí trong điều kiện yếm khí,” tiến sĩ Feng giải thích.
“Chúng tôi có thể điều hướng quá trình theo hướng chuyển hóa CO₂ hiệu quả bằng cách đưa các vi sinh vật sinh methane chuyên biệt vào trong lò phản ứng.”
Các màng sinh học được nuôi trên những giá thể nhựa nhỏ, thường dùng trong xử lý nước và chất thải, giúp tạo diện tích bề mặt lớn cho hoạt động vi sinh.
Điều này cải thiện sự tiếp xúc khí–lỏng, giữ lại các vi sinh vật có lợi, đồng thời cho phép hệ thống chịu được các chất gây hại như amoniac và hydrogen sulphide (H₂S), vốn thường phá vỡ quá trình tạo methane.
Trong các thử nghiệm, lò phản ứng màng sinh học duy trì chất lượng methane cao ngay cả ở mức H₂S cực lớn, trong khi hệ thống không có màng sinh học bị giảm tới 30% sản lượng methane.
Sự bền vững tương tự cũng được quan sát thấy trong điều kiện amoniac cao, nhờ sự hiện diện của các vi sinh vật chịu amoniac như Methanothermobacter, loài sử dụng hydrogen và CO₂ để tạo methane.
Trong một nghiên cứu khác, nhóm đã thử nghiệm phương pháp màng sinh học trên syngas — hỗn hợp hydrogen và carbon monoxide.
“Điều này có thể mở khóa tiềm năng sản xuất khí methane sinh học từ chất thải, ví dụ như rác thải nhựa và sinh khối gỗ, vốn thường không thể phân hủy trong quy trình sinh học thông thường,” tiến sĩ Feng cho biết.
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng việc bổ sung thêm hydrogen có thể gia tăng sản lượng methane. Tuy nhiên, nếu quá nhiều hydrogen sẽ tạo ra mất cân bằng trong quá trình: “Điều này cho thấy lò phản ứng màng sinh học có tiềm năng lớn, nhưng cũng cần được kiểm soát chặt chẽ để vận hành tối ưu ở quy mô công nghiệp,” ông giải thích.
“Các quy trình dựa trên màng sinh học mang lại nền tảng bền vững và linh hoạt cho sản xuất khí sinh học trong tương lai. Đây có thể trở thành đóng góp quan trọng trong việc giảm phát thải khí độc hại đồng thời tạo ra năng lượng tái tạo,” tiến sĩ Feng kết luận.
