Một phương pháp thu giữ carbon mới để kiểm soát sự nóng lên toàn cầu đã được thiết kế để thu giữ carbon dioxide từ khí thải nhiên liệu hóa thạch.
Khí thải nhà kính là yếu tố góp phần lớn nhất gây ra biến đổi khí hậu. Phát thải các khí nhà kính quan trọng là kết quả của quá trình công nghiệp hóa quy mô lớn và hoạt động của con người. Hầu hết lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính này là của cạc-bon đi-ô-xít (CO2) từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Tổng nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng hơn 40% kể từ khi kỷ nguyên công nghiệp hóa bắt đầu. Sự gia tăng đều đặn lượng khí thải nhà kính này đang làm trái đất nóng lên hành tinh trong cái được gọi là 'sự nóng lên toàn cầu' như các mô phỏng trên máy tính đã chỉ ra rằng khí thải là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ bề mặt trung bình của trái đất theo thời gian cho thấy 'sự thay đổi khí hậu' do thay đổi lượng mưa, mức độ nghiêm trọng của bão, mực nước biển, v.v. Do đó, hãy phát triển các cách 'bẫy hoặc thu giữ' phù hợp 'CO2 từ khí thải là một khía cạnh quan trọng trong việc giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Carbon Công nghệ thu giữ đã tồn tại trong nhiều thập kỷ nhưng gần đây đã được chú ý nhiều hơn do những lo ngại về môi trường.
Một phương pháp thu nhận carbon mới
Quy trình chuẩn của carbon Việc thu giữ bao gồm việc bẫy và tách CO2 khỏi hỗn hợp khí, sau đó vận chuyển nó đến nơi lưu trữ và lưu trữ ở xa khí quyển, thường là dưới lòng đất. Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng, liên quan đến một số vấn đề kỹ thuật, rủi ro và hạn chế, ví dụ như khả năng rò rỉ cao tại nơi lưu trữ. Một nghiên cứu mới được công bố trên Chem mô tả một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn để thu giữ carbon. Các nhà khoa học tại Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phát triển một phương pháp độc đáo để loại bỏ CO2 từ các nhà máy điện đốt than và quá trình này đòi hỏi ít năng lượng hơn 24% so với các tiêu chuẩn hiện đang được triển khai trong ngành.
Các nhà nghiên cứu đã làm việc trên các hiện tượng tự nhiên hữu cơ các hợp chất gọi là bis-iminoguanidines (BIG) có khả năng liên kết với các anion tích điện âm như đã thấy trong các nghiên cứu trước đây. Họ nghĩ rằng đặc tính đặc biệt này của BIG cũng có thể áp dụng được cho anion bicarbonate. Vì vậy BIG có thể hoạt động như chất hấp thụ (chất thu thập các phân tử khác) và chuyển hóa CO2 thành đá vôi rắn (canxi cacbonat). Vôi soda là hỗn hợp canxi và natri hydroxit được sử dụng bởi thợ lặn, tàu ngầm và các môi trường thở khép kín khác để lọc không khí thở ra và ngăn chặn mọi sự tích tụ CO2 nguy hiểm. Không khí sau đó có thể được tái chế nhiều lần. Ví dụ, máy thở lại dành cho thợ lặn giúp họ ở lại dưới nước trong thời gian dài, điều đó là không thể.
Một phương pháp độc đáo đòi hỏi ít năng lượng hơn
Dựa trên sự hiểu biết này, họ đã phát triển một chu trình tách CO2 sử dụng dung dịch nước LỚN. Trong phương pháp thu giữ carbon đặc biệt này, họ cho khí thải đi qua dung dịch khiến các phân tử CO2 liên kết với chất hấp thụ LỚN và liên kết này sẽ kết tinh chúng thành một loại rắn hữu cơ đá vôi. Khi những chất rắn này được nung nóng đến 120 độ C, CO2 liên kết sẽ được giải phóng và sau đó có thể được lưu trữ. Do quá trình này diễn ra ở nhiệt độ tương đối thấp hơn so với các phương pháp thu hồi cacbon hiện tại nên năng lượng cần thiết cho quá trình này sẽ giảm. Và, chất hấp phụ rắn có thể được hòa tan trở lại trong nước và tái chế để tái sử dụng.
Các công nghệ thu giữ carbon hiện tại có nhiều vấn đề dai dẳng như vấn đề lưu trữ, chi phí năng lượng cao, v.v. Vấn đề chính là sử dụng chất hấp thụ lỏng bay hơi hoặc phân hủy theo thời gian và cũng cần ít nhất 60% tổng năng lượng để sưởi ấm chúng, điều này rất cao. Chất hấp thụ rắn trong nghiên cứu hiện tại đã vượt qua giới hạn năng lượng vì CO2 được thu giữ từ một muối bicacbonat rắn kết tinh đòi hỏi năng lượng thấp hơn khoảng 24%. Cũng không có sự mất mát chất hấp thụ ngay cả sau 10 chu kỳ liên tiếp. Nhu cầu năng lượng thấp hơn này có thể làm giảm chi phí thu giữ carbon và khi chúng ta xem xét hàng tỷ tấn CO2, phương pháp này có thể rất có tác động bằng cách làm cho lượng khí thải nhà kính trở nên vô hiệu thông qua việc thu giữ đầy đủ.
Một hạn chế của nghiên cứu này là khả năng hấp thụ và khả năng hấp thụ CO2 tương đối thấp do khả năng hòa tan của chất hấp thụ BIG trong nước. Các nhà nghiên cứu đang xem xét việc kết hợp các dung môi truyền thống như axit amin với các chất hấp thụ LỚN này để giải quyết hạn chế này. Thí nghiệm hiện tại đã được thực hiện ở quy mô nhỏ trong đó 99% CO2 được loại bỏ khỏi khí thải. Quá trình này cần được tối ưu hóa hơn nữa để có thể mở rộng quy mô nhằm thu giữ ít nhất một tấn CO2 mỗi ngày và từ bất kỳ loại khí thải nào khác nhau. Phương pháp này phải mạnh mẽ trong việc xử lý các chất ô nhiễm trong khí thải. Mục tiêu cuối cùng của công nghệ thu giữ carbon sẽ là thu giữ trực tiếp CO2 từ khí quyển bằng cách sử dụng một phương pháp tiết kiệm năng lượng và giá cả phải chăng.
***
Nguồn
Williams N và cộng sự. 2019. Thu giữ CO2 thông qua Dimers Bicarbonate có liên kết hydro tinh thể. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025
***
