Đôi bạn trẻ thích 'bắt, nhốt' khí CO2

Họ là chủ nhân của đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ khí CO2”.

Biến kiến thức thành ý tưởng sáng tạo

Nguyễn Trung Hiếu, cựu học sinh Trường THPT Nguyễn Văn Cừ (Hải Dương) vừa bước vào năm thứ nhất Khoa Toán học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN).

Hiếu là đồng chủ nhân của đề tài: Dự án “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ khí CO2” cùng với Phạm Mỹ Hạnh (Trường THPT Tứ Kỳ). Đề tài của đôi bạn này đã đạt giải Tư trong cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia do Bộ GD&ĐT tổ chức năm 2023 - 2024.

Hiếu sinh năm 2006, có dáng người nhỏ nhắn, mảnh khảnh, đôi mắt sáng và phong cách nói chuyện nhã nhặn, từ tốn. Hiếu cởi mở kể về quá trình “thai nghén” đề tài và hợp tác với Mỹ Hạnh triển khai thực hiện.

Vốn sinh ra ở Hải Dương - địa phương có ngành công nghiệp phát triển, hằng ngày Hiếu chứng kiến, bắt gặp hình ảnh những ống khói nhà máy cao chọc trời, những bãi rác thải được người dân đốt cháy nghi ngút khói… Nhìn rộng ra, mỗi lần quan tâm đến tình hình môi trường trên bản tin thời sự là chàng trai trẻ lại bắt gặp những thông tin cảnh báo về khí hậu Trái đất ngày càng khắc nghiệt, thiên tai, bão lũ, hạn hán liên miên xảy ra ở khắp nơi… gây ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống người dân trên toàn cầu.

Những kiến thức được các thầy, cô truyền thụ cùng với sự chứng kiến thực tế đã thôi thúc Hiếu nảy lên ý tưởng nghiên cứu khoa học. Hiếu mong muốn kêu gọi cả thế giới cùng chung tay cứu Trái đất, cứu bầu khí quyển đang bị đe dọa bằng phương pháp “bắt, nhốt” khí CO2.

Hiếu chia sẻ, sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp đã và đang đem lại những sự thay đổi về chất lượng đời sống của con người. Điều này không thể phủ nhận. Tuy nhiên, chính sự phát triển này đang gây ra những tác động xấu đến môi trường sống của con người ở tất cả các quốc gia và vùng lãnh thổ.

Vấn đề ô nhiễm môi trường, sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu… được đánh giá là một trong những hệ lụy lớn có liên quan tới phát triển công nghiệp. Nguyên nhân chính là việc phát thải một hàm lượng lớn các khí nhà kính nói chung vào khí quyển, đặc biệt là thành phần khí CO2.

“Việc nghiên cứu tách loại, thu giữ CO2 có ý nghĩa quyết định trong vấn đề kiểm soát hàm lượng tác nhân này trong khí quyển, vấn đề có ý nghĩa sống còn trong mục tiêu tiến tới kiểm soát việc nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu”, Hiếu nhấn mạnh.

Ban đầu, Hiếu mang đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ khí CO2” chia sẻ với các bạn có cùng sở thích, đam mê nghiên cứu khoa học giống em tại các câu lạc bộ của trường, của tỉnh. Khi em đề xuất với thầy Nguyễn Văn Đức, Hiệu trưởng Trường THPT Nguyễn Văn Cừ thì được thầy đồng ý, hỗ trợ và giúp đỡ.

Hiếu cho biết, về mặt nguyên lý kỹ thuật, để thực hiện việc thu giữ, tách loại CO2, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Đó có thể là kỹ thuật màng, hấp thụ, hay hấp phụ. Mỗi phương pháp, kỹ thuật có những ưu, nhược điểm riêng. Trong đó, kỹ thuật màng chỉ phù hợp cho một số mục tiêu đặc biệt.

Hấp thụ là phương pháp được nghiên cứu sớm nhất, bài bản nhất và vì thế cũng thu được nhiều kết quả nhất. Đây là phương pháp đã được thương mại hóa ở nhiều quốc gia.

Kỹ thuật hấp thụ sử dụng các dung dịch mang tính kiềm, tiêu biểu nhất là các dung dịch amin hoặc ancohol amin. Vì đó, để thực hiện việc thu giữ CO2, đòi hỏi lượng nhiệt cung cấp cho quá trình giải hấp rất lớn. Đây là nhược điểm lớn nhất của kỹ thuật hấp thụ.

Bên cạnh đó, kỹ thuật hấp thụ còn có một số nhược điểm khác như: Dung môi dễ bị thất thoát, thiết bị dễ bị ăn mòn, độc hại với con người. Việc nghiên cứu các giải pháp khắc phục các nhược điểm của phương pháp hấp thụ hoặc phát triển các phương pháp/ kỹ thuật/ vật liệu mới có thể thay thế phương pháp hấp thụ trước đó rất được kỳ vọng và thu hút được sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa học quốc tế, nhất là ở các quốc gia phát triển như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Úc, Hàn Quốc và mới đây là Trung Quốc.

Xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn đó, dự án “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ khí CO2” đã được tiến hành nhằm khảo sát, đánh giá khả năng chế tạo vật liệu hấp phụ CO2.

Tính khả dụng cao trong đề tài

Hiếu cho biết, qua giới thiệu của bạn bè, Hiếu biết được Hạnh cùng chung đam mê và sở thích nghiên cứu khoa học. Hiếu ngỏ lời mời Hạnh cùng đồng hành và được Hạnh nhận lời cùng thực hiện đề tài.

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, nhóm của Hiếu gặp khá nhiều khó khăn. Công việc nghiên cứu và thực hành thí nghiệm nhóm cần có sự chỉ dẫn, hướng dẫn của các nhà khoa học, các thầy cô. Còn phần đánh giá đặc trưng cần gửi mẫu đo dưới sự định hướng của các nhà khoa học.

Trường của Hiếu không có phòng thí nghiệm đủ tiêu chuẩn, thiếu các máy móc thiết bị chức năng đáp ứng được yêu cầu. Vì đó, khi cần thực hành thí nghiệm, thực nghiệm buộc nhóm của Hiếu phải di chuyển về các phòng thí nghiệm ở Hà Nội.

Được sự hỗ trợ, giúp đỡ và hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Đức, nhóm của Hiếu đã quyết tâm vượt qua khó khăn với mong muốn mang ý tưởng sáng tạo của mình tham dự cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia.

“Nhà trường thiếu thiết bị, phòng thí nghiệm, nhưng thông qua sự hỗ trợ nhiệt tình của các thầy cô, của thầy Đức chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của lãnh đạo Viện Hàn lâm khoa học (Hà Nội) để thực hiện thí nghiệm đề tài này. Cả nhóm cứ liên tục di chuyển từ Hải Dương lên Hà Nội và ngược lại cho đến ngày dự thi”, Hiếu kể.

Giải thích về tính khoa học và tiềm năng áp dụng vào thực tiễn của đề tài, Hiếu cho biết: CO2 là một khí mang tính axit. Vì thế nó dễ dàng tham gia phản ứng với những tác nhân mang bản chất bazơ (kiềm). Về kỹ thuật “bắt giữ” CO2, hiện người ta sử dụng phổ biến phương pháp hấp thụ dùng dung dịch kiềm, tiêu biểu nhất là các dung dịch amine, ví dụ như monoethanolamine (MEA).

Dự án của nhóm Hiếu và Hạnh có nhiều ưu điểm nổi trội, được triển khai tập trung vào một số mục tiêu như: Tổng hợp được vật liệu bằng quy trình đơn giản; phát triển được vật liệu có dung lượng hấp phụ cao và vật liệu có khả năng tái sử dụng, có độ chọn lọc hấp phụ tốt.

Với các mục tiêu trên, khi dự án hoàn thành, sẽ có một số tính năng mới được Hiếu phân tích: Phát triển được vật liệu hấp phụ CO2 bằng phương pháp đơn giản, hiệu quả; vật liệu hấp phụ được phát triển có nhiều ưu việt, dung lượng hấp phụ cao, độ chọn lọc hấp phụ lớn, dễ giải hấp.

Đáng chú ý, với tổng thời gian điều chế một mẫu vật liệu hấp phụ là 2 giờ đồng hồ cho thấy đây là phương pháp tổng hợp mang lại tính ưu việt lớn khi tiết kiệm nhiều thời gian. Trong khi đó, các phương pháp truyền thống (hồi lưu) phải mất tới 48 giờ cho một lần tổng hợp vật liệu.

“Để vật liệu có thể có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn, vật liệu hấp phụ tổng hợp được cần cho thấy độ bền, có khả năng tái sử dụng và có độ hấp phụ chọn lọc”, Phạm Mỹ Hạnh chia sẻ.

Thầy Nguyễn Văn Đức, Hiệu trưởng Trường THPT Nguyễn Văn Cừ nhận xét: Hiếu sống hòa đồng, luôn giúp đỡ bạn bè, có kết quả học tập năm 2023 - 2024 rất tốt. Em đã đạt học sinh giỏi và đoạt giải Nhất cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp tỉnh, giải Tư cấp quốc gia. Hiếu luôn chủ động tìm kiếm tài liệu phục vụ nghiên cứu. Nhà trường rất tự hào về em. Hiếu là tấm gương tiêu biểu trong học tập để cho các em khóa sau noi gương, phấn đấu.

Phạm Mỹ Hạnh (đồng sự của Hiếu), hiện là học sinh lớp 11, Trường THPT Tứ Kỳ. Hạnh đã đạt được nhiều kết quả cao trong học tập và sáng tạo. Cô gái trẻ đã giành nhiều giải thưởng: Giải Nhất cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp tỉnh, giải Tư cấp quốc gia, đoạt giải Ba tại cuộc thi Sáng tạo thanh thiếu niên nhi đồng cấp tỉnh. Năm học 2023 - 2024, Hạnh đạt danh hiệu học sinh xuất sắc.