Thành tựu mới về CO₂ là câu trả lời cho nhiệm vụ kéo dài hàng thập kỷ của các nhà khoa học

Các hệ thống chuyển đổi được thiết kế để khai thác khí nhà kính (nguyên nhân số 1 gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu) đến nay vẫn gặp khó khăn trong việc vận hành ở bất kỳ khoảng thời gian nào, khiến chúng không thể tồn tại bên ngoài phòng thí nghiệm.

Thế nhưng, các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung (HUST) ở thành phố Vũ Hán (Trung Quốc) đã công bố một bước đột phá, với hệ thống điện phân có thể chuyển đổi carbon dioxide thành axit formic với hiệu suất hơn 93%.

Quan trọng hơn, hệ thống có thể hoạt động liên tục trong ít nhất 5.000 giờ, lâu hơn bất kỳ thiết bị nào khác đang được nghiên cứu.

Theo Xia Baoyu, trưởng nhóm nghiên cứu và giáo sư tại trường hóa học & kỹ thuật hóa học thuộc HUST, thành công này có thể đánh dấu “một cột mốc quan trọng hướng tới việc ứng dụng trong công nghiệp”.

Những phát hiện từ nghiên cứu này, một nỗ lực hợp tác của chuyên gia từ các tổ chức như HUST, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc và Đại học Auckland (New Zealand), đã được công bố trên tạp chí Nature.

Axit formic có nhiều ứng dụng trong hóa chất, năng lượng, nông nghiệp và các lĩnh vực khác. Một ứng dụng chính là làm chất bảo quản và kháng khuẩn trong thức ăn chăn nuôi, nhưng nó cũng có thể được dùng trong pin nhiên liệu, thuộc da, làm chất tẩy rửa bồn cầu và theo những cách khác.

Một lợi ích bổ sung là chất điện phân được sử dụng trong quy trình mới này có thể được lấy trực tiếp từ pin axit chì đã qua sử dụng – lựa chọn xanh hơn và bền vững hơn.

Các hệ thống chuyển đổi để khai thác carbon dioxide đến nay vẫn chưa thể thực hiện được bên ngoài phòng thí nghiệm - Ảnh: Shutterstock

Xia Baoyu cho biết trong cuộc phỏng vấn mới đây: “Đạt được khả năng chuyển đổi carbon dioxide là một bước tiến của nghiên cứu trong lĩnh vực đó”, đồng thời nói thêm rằng cách chính để thực hiện điều này là phương pháp điện hóa (sử dụng điện để thay đổi tính chất của hóa chất).

Quá trình đó gồm việc phá vỡ các liên kết hóa học của carbon dioxide và sau đó bổ sung hydro để tạo ra nhiều loại hydrocacbon có giá trị khác nhau, chẳng hạn axit formic, metanol, etanol, ankan hoặc olefin.

Chất điện phân (tác nhân chính được sử dụng trong quá trình điện phân) thường là nguyên liệu có tính kiềm. Song nhược điểm là các phản ứng hóa học thường tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn, chẳng hạn cacbonat. Chúng bám vào thiết bị điện phân dưới dạng kết tủa, có tác động đáng kể đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.

Xia Baoyu cho biết: “Những nỗ lực này không thể biến khoa học thành công nghệ ứng dụng vì chúng có độ ổn định kém và chỉ có thể chạy trong vài trăm giờ trong phòng thí nghiệm”.

Trong 5 năm qua, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm ý tưởng mới liên quan đến việc sử dụng một số thành phần chính từ pin axit chì.

Tuy nhiên, quá trình điện phân rất không ổn định trong môi trường axit và các chất xúc tác cần thiết để tăng tốc phản ứng hóa học rất dễ bị ăn mòn.

Các nhà nghiên cứu cuối cùng đã đưa ra một số giải pháp, gồm cả việc phát triển chất xúc tác có hiệu suất chuyển đổi cao và ít bị ăn mòn hơn.

Sử dụng chất xúc tác có nguồn gốc từ pin axit chì đồng nghĩa thiết bị của họ có thể đạt kỷ lục hoạt động ổn định hơn 5.000 giờ.

Xia Baoyu nói: “Đây là một bước quan trọng hướng tới việc sử dụng trong công nghiệp”.

Pin axit chì là công nghệ ổn định, hoàn thiện, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như ô tô, thông tin liên lạc, năng lượng và quân sự. Tuy nhiên, quy trình tái chế pin đã qua sử dụng rất tốn năng lượng và phức tạp vì phải đốt trước khi tách ion chì ra khỏi chúng. Xia Baoyu nói chì là một hóa chất rất hiệu quả để chuyển đổi khí nhà kính nhưng cũng là kim loại nặng độc hại.

Hệ thống mới sẽ cho phép pin được tái sử dụng trực tiếp một cách hiệu quả.

Với sự phát triển sâu rộng hơn, công nghệ này có thể được ứng dụng trong các ngành công nghiệp thải nhiều carbon như các công ty nhiên liệu hóa thạch, hỗ trợ quá trình giảm phát thải carbon của họ, theo Xia Baoyu.

Tuy nhiên, việc mở rộng quy mô sử dụng công nghệ này cho mục đích công nghiệp có thể đặt ra những thách thức ảnh hưởng đến hoạt động, chẳng hạn như thiết bị nóng lên khi vận hành, ông nói.

Với nghiên cứu được tiếp tục, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ chuyển đổi carbon dioxide thành các sản phẩm thậm chí còn có giá trị hơn axit formic, chẳng hạn ethylene.

Ethylene được sử dụng trong mọi thứ từ dệt may, chất chống đông cho đến nhựa vinyl, và được gọi là “hóa chất quan trọng nhất thế giới”.

Trung Quốc thiết lập mục tiêu mới giảm phát thải carbon dioxide cho năm 2030 và 2035

Xie Zhenhua, đặc phái viên về khí hậu hàng đầu Trung Quốc, cho biết nước này sẽ thiết lập các mục tiêu mới giảm phát thải carbon dioxide cho năm 2030 và 2035 như một phần trong cam kết toàn cầu nhằm chống biến đổi khí hậu, đồng thời kêu gọi thúc đẩy mạnh mẽ hơn việc kiểm soát khí thải mê tan.

Phát biểu bên lề Cop28 (hội nghị về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc lần thứ 28) hồi tháng 12.2023 ở UAE, Xie Zhenhua cho biết Trung Quốc cam kết công bố mục tiêu carbon 2035 trong vòng hai năm nữa.

“Sau cuộc họp này, mỗi quốc gia cần đề xuất các mục tiêu đóng góp cho năm 2035 vào 2025. Chính phủ Trung Quốc rất coi trọng vấn đề này”, Xie Zhenhua nói tại Dubai, theo tờ China News Service.

Trung Quốc đã cam kết đạt mức phát thải carbon dioxide cao nhất vào năm 2030 và mức phát thải ròng bằng 0 trước năm 2060.

Xie Zhenhua kêu gọi đổi mới kỹ thuật nhiều hơn để đáp ứng các mục tiêu kiểm soát sự nóng lên toàn cầu đặt ra trong thỏa thuận Paris, đề cập đến hiệp ước năm 2015 giữa 196 quốc gia nhằm hạn chế sự nóng lên từ thời kỳ tiền công nghiệp.

Ông cũng cho biết các nước phát triển nên đóng góp nhiều hơn vào quỹ thiệt hại và mất mát được công bố năm 2022 để bồi thường cho các quốc gia nghèo hơn đang phải đối mặt với những tác hại của biến đổi khí hậu.

Hơn 195 quốc gia tham dự Cop28 đã đồng ý thành lập quỹ trong một động thái mang tính bước ngoặt.

Khoản tài trợ dự kiến ban đầu là gần 475 triệu USD, trong đó nước chủ nhà là UAE cam kết 100 triệu USD và Liên minh châu Âu (EU) cam kết 275 triệu USD. Mỹ sẽ đóng góp 17,5 triệu USD, còn 10 triệu USD sẽ đến từ Nhật Bản.

Xie Zhenhua cũng kêu gọi các nỗ lực chung toàn cầu để kiểm soát lượng khí thải mê tan, loại khí có khả năng giữ nhiệt cao hơn 80 lần so với carbon dioxide trong khí quyển và là nguyên nhân gây ra hơn 1/4 hiện tượng nóng lên toàn cầu.

Tại một cuộc thảo luận về khí mê tan và các loại khí nhà kính không phải carbon dioxide khác, Xie Zhenhua cho biết Trung Quốc, với tư cách là một quốc gia đang phát triển, phải đối mặt với những khó khăn và rủi ro trong việc kiểm soát lượng khí thải mê tan.

“Công việc kiểm soát khí thải mê tan của Trung Quốc bắt đầu muộn và có nền tảng yếu. Dữ liệu không rõ ràng với khả năng kế toán và giám sát thống kê không đủ. Chế độ quản lý, gồm cả các quy tắc, tiêu chuẩn và chính sách, chưa hoàn thiện”, ông thừa nhận.

“Nhiệm vụ kiểm soát khí mê tan cùng các loại khí không phải carbon dioxide khác ở Trung Quốc không hề dễ dàng và không thể đạt được trong một sớm một chiều. Điều này đòi hỏi sự nỗ lực lâu dài, công việc nền tảng rộng lớn và xây dựng năng lực. Tôi tin rằng nhiều nước đang phát triển cũng ở trong tình trạng tương tự như chúng tôi. Chúng tôi sẵn sàng hành động, nhưng vẫn thiếu năng lực và cần tiếp tục nỗ lực và củng cố lĩnh vực này thông qua hợp tác quốc tế”, Xie Zhenhua nói thêm.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế ước tính khí mê tan là nguyên nhân gây ra khoảng 30% sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu kể từ Cách mạng Công nghiệp. Việc giảm phát thải khí mê tan nhanh chóng và bền vững được coi là chìa khóa để hạn chế sự nóng lên toàn cầu trong thời gian ngắn và cải thiện chất lượng không khí.

Đến nay, Trung Quốc là quốc gia phát thải khí mê tan lớn nhất với hơn 14% tổng lượng phát thải toàn cầu. Nước này chưa tham gia kế hoạch hành động năm 2021 do Mỹ dẫn đầu nhằm cắt giảm 30% sản lượng khí mê tan vào năm 2030. Các nước láng giềng với Trung Quốc và những quốc gia gây ô nhiễm lớn là Ấn Độ, Nga cũng chưa tham gia.

Kế hoạch hành động do Trung Quốc công bố nhằm giải quyết vấn đề phát thải khí mê tan không bao gồm cả các mục tiêu cụ thể về cắt giảm phát thải ngoài việc tái sử dụng khí đốt làm nhiên liệu. Tuy nhiên, Bộ Sinh thái và Môi trường Trung Quốc có kế hoạch hạn chế đốt cháy phát thải tại các giếng dầu và khí, đồng thời ngăn chặn rò rỉ khí mê tan tại các mỏ than.

Trung Quốc và Mỹ đã cam kết hợp tác cùng nhau để giảm lượng khí thải mê tan toàn cầu, như một phần của thỏa thuận cùng giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu mà Xie Zhenhua và người đồng cấp phía Mỹ - John Kerry đạt được tại thành phố San Francisco (Mỹ) vào ngày 14.11.2023.

Sơn Vân