» Các nhà khoa học đến từ nhiều trường Đại học danh tiếng tại Mỹ đã phát triển thành công quy trình biến khí CO₂ là tác nhân chính gây biến đổi khí hậu thành oxalat kim loại, loại muối đơn giản có thể sử dụng làm tiền chất trong sản xuất xi măng. Đây được coi là bước tiến tiềm năng trong việc giảm phát thải ngành xây dựng, vốn đang chịu áp lực lớn từ yêu cầu chuyển đổi xanh.
Ngành Xi măng toàn cầu đang chịu sức ép lớn từ mục tiêu giảm phát thải carbon, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc cải tiến quy trình sản xuất và phát triển vật liệu mới thân thiện với môi trường. Một trong những hướng đi tiềm năng là tận dụng khí CO₂ - nguồn phát thải chính để tạo ra các tiền chất phục vụ sản xuất xi măng phát thải thấp. Công trình mới nhất từ nhóm nghiên cứu tại Mỹ cho thấy khả năng hiện thực hóa hướng đi này bằng công nghệ điện hóa và xúc tác tiên tiến.
Một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Charles McCrory (Đại học Michigan) dẫn dắt, phối hợp cùng các phòng thí nghiệm của Giáo sư Jesús Velázquez (Đại học California, Davis - UCD) và Giáo sư Anastassia Alexandrova (Đại học California, Los Angeles - UCLA) đã phát triển một phương pháp thu giữ và chuyển hóa khí CO₂ thành oxalat kim loại là loại muối đơn giản có thể được sử dụng làm tiền chất trong sản xuất các loại xi măng ít phát thải.
Cơ sở nghiên cứu bắt nguồn từ Trung tâm Khép kín chu trình carbon (4C) - Trung tâm Nghiên cứu tiên phong về năng lượng (EFRC) được Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) tài trợ, do Giáo sư Jenny Yang tại Đại học California, Irvine dẫn dắt. Mục tiêu của trung tâm là phát triển các phương pháp mới để thu giữ và chuyển hóa CO₂ thành nhiên liệu và vật liệu có giá trị.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng CO₂ để tạo ra các thành phần trung gian có thể dùng trong sản xuất xi măng, nhằm giảm nhu cầu năng lượng và phát thải so với xi măng portland truyền thống. Từ đó, họ tập trung vào oxalat kim loại là một loại muối hình thành từ CO₂ và kim loại, có khả năng hoạt động như tiền chất xi măng làm vật liệu mục tiêu.
Quá trình được thực hiện qua hệ thống điện cực: một điện cực chuyển CO₂ thành ion oxalat hòa tan, trong khi điện cực còn lại giải phóng ion kim loại để kết hợp với oxalat, tạo thành oxalat kim loại ở dạng rắn. Loại vật liệu này sau đó có thể được thu hồi và sử dụng trong quá trình sản xuất xi măng ít phát thải hơn.
Tuy nhiên, phiên bản ban đầu của quy trình này sử dụng chì làm chất xúc tác, gây lo ngại về độc tính và tác động môi trường. Để giải quyết, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các polymer được thiết kế đặc biệt để kiểm soát môi trường xung quanh xúc tác, từ đó giảm lượng chì xuống chỉ còn vài phần tỷ (ppb) là mức tương đương với tạp chất tự nhiên trong nhiều vật liệu carbon thương mại.
Oxalat kim loại là một loại vật liệu còn khá mới mẻ, chưa được nghiên cứu rộng rãi, rất tiềm năng trong sản xuất xi măng, tiền chất tổng hợp và cả giải pháp lưu trữ CO₂, Giáo sư Jesús Velázquez (UCD) nhận xét.
Giáo sư McCrory khẳng định, khi CO₂ được chuyển thành oxalat kim loại rắn, carbon được giữ lại một cách ổn định và không dễ dàng quay trở lại khí quyển trong điều kiện bình thường. Đây không chỉ là một quá trình thu giữ carbon hiệu quả, mà còn tạo ra vật liệu có giá trị sử dụng thực tiễn.
Giáo sư Anastassia Alexandrova (UCLA) chia sẻ thêm, nhiều xúc tác công nghiệp được phát hiện một cách ngẫu nhiên thông qua thử nghiệm thực nghiệm. Việc sử dụng vết chì như chất xúc tác là một ví dụ điển hình và tôi tin rằng còn nhiều cơ hội tương tự chưa được khám phá trong nghiên cứu chất xúc tác.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang hướng tới việc mở rộng quy mô công nghệ. Phần điện phân CO₂, chuyển khí thành ion oxalat đã có thể triển khai ở quy mô lớn. Thách thức tiếp theo là sản xuất oxalat kim loại rắn ở quy mô công nghiệp.
Chúng tôi vẫn còn một khoảng cách để đạt được điều đó, nhưng tôi tin đây là quy trình có thể mở rộng, McCrory cho biết. Việc giảm lượng chì xuống mức cực thấp là yếu tố then chốt, vì không thể nhân rộng một quy trình sử dụng khối lượng lớn chất xúc tác độc hại.
Việc chuyển hóa CO₂ thành tiền chất hữu ích cho sản xuất xi măng là bước tiến đột phá trong công nghệ vật liệu xây dựng bền vững. Nếu được mở rộng thành công, quy trình này có thể không chỉ giúp giảm phát thải từ ngành Xi măng mà còn góp phần biến khí thải thành nguồn nguyên liệu có giá trị.
ximang.vn (TH/ Interesting Engineering)
