Từ CO₂ đến nhiên liệu sạch: Bước ngoặt chuyển hoá khí nhà kính

Carbon dioxide (CO₂), tác nhân chính gây biến đổi khí hậu nay có thể trở thành nguồn nhiên liệu sạch. Hệ thống điện hoá mới được nghiên cứu phát triển từ nhóm nghiên cứu tại Đại học Queen’s (Canada) có thể chuyển hoá CO₂ thành methane ổn định, mở ra hướng đi mới cho ngành năng lượng xanh.

Điểm sáng của nghiên cứu này chính là khả năng giải quyết thành công một trong những rào cản lớn nhất trong quy trình chuyển đổi carbon hóa học truyền thống: sự ổn định của chất xúc tác. Về cơ bản trong kỹ thuật hóa học, chất xúc tác là yếu tố then chốt giúp tăng tốc phản ứng mà không bị tiêu hao, đóng vai trò quan trọng trong việc biến CO₂ thành các sản phẩm hữu ích như nhiên liệu. Mặc dù các vật liệu dựa trên đồng là chất xúc tác hiệu quả nhất để chuyển đổi CO₂ thành methane, chúng thường dễ bị suy thoái, đặc biệt khi hệ thống phải vận hành gián đoạn.

Hiểu rõ điều này, nhóm nghiên cứu đã chọn giải pháp không thêm chất xúc tác đồng trực tiếp, mà sử dụng một tiền chất xúc tác. Hệ thống điện hoá mới của nhóm nghiên cứu Đại học Queen’s ứng dụng tín hiệu điện để tự động hình thành chất xúc tác hoạt động ngay tại chỗ trong suốt quá trình chuyển đổi CO₂. Điểm độc đáo nhất là khi tín hiệu điện bị ngắt, chất xúc tác sẽ tự động quay trở lại dạng tiền chất ban đầu, bền vững. Đại nhiện nhóm nghiên cứu nhận định rằng việc lặp lại chu kỳ bật/tắt này đảm bảo hiệu suất chọn lọc và ổn định của hệ thống trong thời gian dài.

Sự ổn định trong quá trình vận hành gián đoạn là yếu tố vô cùng quan trọng trong việc tích hợp các hệ thống chuyển đổi carbon với các nguồn năng lượng tái tạo không liên tục, chẳng hạn như điện từ năng lượng mặt trời hoặc gió. Trên các hệ thống cũ, khi phản ứng ngừng, chất xúc tác sẽ bị suy thoái. Ngược lại, hệ thống mới này cho phép chất xúc tác phục hồi trạng thái ổn định khi nghỉ và có thể khởi động lại quá trình khử carbon chỉ trong vài giây khi nguồn điện được cung cấp trở lại.

Bằng cách sử dụng năng lượng dư thừa từ các nguồn tái tạo để thúc đẩy quá trình biến CO₂ thành methane, công nghệ này không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm carbon, mà còn tạo ra một cơ chế lưu trữ năng lượng hiệu quả. Khám phá này mở ra một con đường khả thi và thiết thực để phát triển nhiên liệu bền vững, giúp giảm thiểu đáng kể lượng khí thải nhà kính và củng cố hạ tầng năng lượng sạch trong tương lai.