📌 Carbon dioxide – một trong những khí nhà kính có sức ảnh hưởng lớn nhất đến hiện tượng nóng lên toàn cầu và giờ đây nó có thể được chuyển hóa thành nhiên liệu.

1️⃣ Carbon dioxide thành nhiên liệu?
⚛️ Hiện tượng nóng lên toàn cầu là một trong những vấn đề làm điên đầu giới khoa học và ảnh hưởng trực tiêu cực tiếp đến đời sống của gần như tất cả sinh vật trên Trái đất bao gồm cả con người. Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt Trái Đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái Đất, gây nên hiệu ứng nhà kính. Các khí nhà kính chủ yếu bao gồm: hơi nước, CO2, CH4, N2O, O3, các khí CFC. Khí nhà kính ảnh hưởng mạnh mẽ đến nhiệt độ của Trái Đất, nếu không có chúng nhiệt độ bề mặt Trái Đất trung bình sẽ lạnh hơn hiện tại khoảng 33 °C (59 °F). Hiệu ứng nhà kính gây ra những hệ quả không tưởng mà chắc hẳn ai trong số chúng ta cũng đều được nghe qua, trên mọi phương tiện truyền thông.

⚛️ Hãy tưởng tượng chúng ta có thể lấy carbon dioxide từ ống xả xe hơi và các nguồn thải khác, biến khí nhà kính chủ đạo này thành nhiên liệu như khí tự nhiên hoặc propan: giấc mơ về trữ lượng nhiên liều bền vững trở thành sự thật.

⚛️ Một số nghiên cứu gần đây đã cho thấy một số thành công trong việc chuyển đổi này, nhưng một cách tiếp cận mới từ các kỹ sư của Đại học Stanford có thể sản xuất ra lượng nhiên liệu bao gồm ethane, propane và butane cao gấp bốn lần so với các phương pháp hiện có sử dụng các quy trình tương tự. Mặc dù đây chưa phải là liều thuốc chữa được căn bệnh nan y của khí hậu, nhưng sự tiến bộ này có thể làm giảm đáng kể tác động trong ngắn hạn đối với sự nóng lên toàn cầu.

🗣️ Matteo Cargnello, giáo sư trợ lý kỹ thuật hóa học tại Stanford, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: "Người ta có thể tưởng tượng một chu trình bao gồm sự đốt cháy tạo ra carbon dioxide, sau đó dùng lượng carbon dioxide này chuyển hóa nó ngược lại thành nhiên liệu." trong Angewandte Chemie . Thực vậy, vấn đề chỉ nằm ở hiệu suất, cải thiện được hiệu suất này, ta có thể tạo ra một trữ lượng rất lớn nhiên liệu.

⚛️ Mặc dù quá trình này vẫn chỉ là một nguyên mẫu dựa trên phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu hy vọng nó có thể được mở rộng đủ để tạo ra lượng nhiên liệu có thể sử dụng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều công việc trước khi người tiêu dùng bình thường có thể mua sản phẩm dựa trên các công nghệ đó. Các bước tiếp theo bao gồm cố gắng giảm các sản phẩm phụ có hại từ các phản ứng này, chẳng hạn như carbon monoxide gây ô nhiễm độc hại. Nhóm cũng đang phát triển các cách để tạo ra các sản phẩm có lợi khác, không chỉ là nhiên liệu. Một sản phẩm như vậy là olefin, có thể được sử dụng trong một số ứng dụng công nghiệp và là thành phần chính của nhựa.

2️⃣ Công nghệ 2 trong 1:
⚛️ Những nỗ lực trước đây để chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu bao gồm quá trình hai bước. Bước đầu tiên khử CO2 thành carbon monoxide, sau đó bước thứ hai kết hợp CO với hydro để tạo ra nhiên liệu hydrocarbon . Đơn giản nhất trong số các nhiên liệu này là metan, nhưng các loại nhiên liệu khác có thể được sản xuất bao gồm ethane, propane và butane. Ethane là họ hàng gần của khí tự nhiên và có thể được sử dụng trong công nghiệp để tạo ra ethylene, tiền chất của nhựa. Propane thường được sử dụng để sưởi ấm nhà và lò nướng gas. Butane là nhiên liệu phổ biến trong bật lửa và bếp lò.

💁 Cargnello nghĩ rằng việc hoàn thành cả hai bước trong một phản ứng sẽ hiệu quả hơn nhiều và bắt đầu tạo ra một chất xúc tác mới có thể đồng thời loại bỏ một phân tử oxy ra khỏi CO2 và kết hợp nó với hydro. (Chất xúc tác gây ra phản ứng hóa học mà không được sử dụng hết trong phản ứng.) Nhóm nghiên cứu đã thành công bằng cách kết hợp hạt nano ruthenium và sắt oxit thành chất xúc tác.

⚛️ Nhóm nghiên cứu đã không bắt đầu tạo ra cấu trúc vỏ lõi này mà phát hiện ra nó thông qua sự hợp tác với Simon Bare, nhà khoa học nhân viên xuất sắc và những người khác tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc quốc gia SLAC. Các công nghệ mô tả đặc tính tia X tinh vi của SLAC đã giúp các nhà nghiên cứu hình dung và kiểm tra cấu trúc của chất xúc tác mới của họ. Nếu không có sự hợp tác này, Cargnello cho biết họ sẽ không phát hiện ra cấu trúc tối ưu.

🗣️ "Đó là khi chúng tôi bắt đầu chế tạo vật liệu này trực tiếp trong cấu hình vỏ lõi. Sau đó, chúng tôi đã cho thấy rằng một khi chúng tôi làm điều đó, năng suất hydrocarbon cải thiện rất nhiều", Cargnello nói. "Đó là một cái gì đó về cấu trúc đặc biệt giúp các phản ứng diễn ra cùng lúc."

⚛️ Ông nghi ngờ ruthenium làm cho hydro hóa học sẵn sàng liên kết với carbon từ CO2 . Các hydro sau đó tràn vào vỏ sắt, làm cho carbon dioxide phản ứng mạnh hơn.

💁 Khi nhóm thử nghiệm chất xúc tác của họ trong phòng thí nghiệm, họ thấy rằng năng suất tạo ra các loại nhiên liệu như ethane, propane và butane cao hơn nhiều so với chất xúc tác trước đó. Tuy nhiên, nhóm vẫn phải đối mặt với một vài thách thức. Họ muốn giảm việc sử dụng các kim loại quý như ruthenium và tối ưu hóa chất xúc tác để nó có thể chọn lọc chỉ tạo ra các loại nhiên liệu cụ thể.

📂 Nguồn: Science Realm, Wikipedia, phys.org
#ScienceRealm #Physics #Vatly #Chemistry #Hoahoc #Environment #Moitruong