Thu giữ CO2 từ cảm hứng quang hợp

Trong một nghiên cứu mới công bố, các nhà khoa học từ Đại học Cornell (Mỹ) phát triển phương pháp mới dùng ánh sáng Mặt trời để thu giữ carbon dioxide (CO2), lấy cảm hứng từ quang hợp và không cần nhiên liệu hóa thạch.

Cơ chế mới “không cần amine”

CO2 rất khó thu giữ do tính ổn định hóa học cao. Các phương pháp phổ biến hiện nay sử dụng amine, hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ amoniac, song dễ bị phân hủy khi có oxy và cần thay thế thường xuyên, làm tăng chi phí năng lượng.

PGS Phillip Milner - chuyên ngành Hóa học, Đại học Cornell, chia sẻ: “Ngay từ đầu, phòng thí nghiệm của chúng tôi đã đặt phương châm: ‘Bất cứ thứ gì trừ amine’. Nhóm nghiên cứu muốn dùng trực giác hóa học để tìm hướng đi mới cho việc thu giữ CO2”.

Cụ thể, các nhà khoa học Đại học Cornell sử dụng một phân tử enol bền vững, khi tiếp xúc ánh sáng sẽ đủ hoạt tính để “bắt” CO2. Sau đó, thay đổi độ pH sẽ kích hoạt quá trình giải phóng CO2 – gọi là khử carboxyl. Quan trọng hơn, toàn bộ chu trình này không cần làm lạnh giữa các giai đoạn, giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng.

Ý tưởng này do nghiên cứu sinh, tác giả chính của công trình Bayu Ahmad đề xuất. Cơ chế hoạt động mô phỏng enzyme RuBisCo trong quá trình quang hợp tự nhiên ở cây xanh. PGS Phillip Milner cho biết, xét từ góc độ hóa học, đây là hướng tiếp cận hoàn toàn khác so với mọi công trình thu giữ CO2 hiện nay. Ông từng nghĩ nó sẽ không hiệu quả, nhưng thực tế đã chứng minh điều ngược lại.

Các nhà khoa học đã dùng chất hấp phụ 2-methylbenzophenone, giá rẻ và dễ tiếp cận, để làm “neo” trong quá trình thu giữ. Những thử nghiệm cho thấy hiệu quả tương đương hoặc vượt trội so với các công nghệ sử dụng ánh sáng hiện tại, mà không cần hạ nhiệt độ sâu như các hệ thống khác.

Thử nghiệm với khí thải công nghiệp

Để kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế, nhóm nghiên cứu Đại học Cornell sử dụng khí thải từ Tòa nhà Năng lượng tổ hợp của Cornell – nơi đốt khí tự nhiên để cung cấp điện và nhiệt cho khuôn viên trường.

Ông Milner cho biết lấy được khí thải thực tế từ nhà máy là điều rất khó vì các công ty thường không muốn công khai thành phần phát thải. “Tuy nhiên, Cornell không phải công ty và đây là điều đặc biệt mà chúng tôi có thể đóng góp”, PGS Đại học Cornell cho biết và thông tin, thu CO2 trực tiếp từ không khí là cách thiết thực nhất.

Trong tương lai, nhóm kỳ vọng mở rộng công nghệ này thành các trạm thu CO2 dạng tấm giống như pin năng lượng mặt trời, đặt tại những nơi như sa mạc, nhưng thay vì tạo điện, chúng sẽ “hút” CO2 từ không khí, nén lại ở áp suất cao để lưu trữ hoặc chuyển hóa tại chỗ.

Tiềm năng ứng dụng rộng hơn

Bên cạnh CO2, các nhà khoa học Đại học Cornell đang nghiên cứu áp dụng tách khí bằng ánh sáng cho nhiều loại khí công nghiệp khác – vốn tiêu tốn tới 15% tổng năng lượng toàn cầu trong quá trình tách lọc.

Ông Milner nhấn mạnh, dùng ánh sáng thay vì điện có thể cắt giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng. Nhóm đang xây dựng một cơ sở mở cung cấp khí thải từ nhà máy của Cornell cho các nhóm nghiên cứu và startup khác nhằm thúc đẩy đổi mới công nghệ thu giữ carbon.

Bằng cách kết hợp cảm hứng từ tự nhiên với nguồn năng lượng sạch, công trình này mở ra con đường tiềm năng cho giải pháp thu giữ CO2 bền vững, PGS Đại học Cornell nhấn mạnh, chi phí thấp và dễ mở rộng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.