Khí CO2 trong khí quyển đang ở mức cao nhất trong hàng thiên niên kỷ, dẫn đến hậu quả nghiêm trọng về khí hậu. Trong khi đó, sự phụ thuộc của chúng ta vào nhựa đang gây ra sự tích tụ rất lớn ở các con sông, đại dương và mọi nơi từ cực này sang cực khác. Nghiên cứu trong cả hai lĩnh vực này đã dẫn đến việc nhà khoa học thiết kế các lò phản ứng chuyển đổi CO2 thu được hoặc chất thải nhựa thành dầu, nhiên liệu cũng như các hóa chất và vật liệu hữu ích khác.
Chuyển đổi khí CO2 và rác thải nhựa bằng năng lượng mặt trời thành những sản phẩm có giá trị cao, cung cấp lộ trình bền vững tiềm năng hướng tới nền kinh tế tuần hoàn, nhưng chuyển đổi đồng thời hai loại vật chất trong một quy trình tích hợp là một thách thức lớn.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học từ Đại học Cambridge đã tạo ra hệ thống chuyển đổi, biến rác thải nhựa và khí nhà kính thành nhiên liệu bền vững và những sản phẩm có giá trị khác, chỉ sử dụng năng lượng từ Mặt trời. Đây là hệ thống phản ứng năng lượng mặt trời đầu tiên chuyển đổi đồng thời 2 dòng chất thải thành 2 sản phẩm hóa học. Lò phản ứng chuyển đổi khí carbon dioxide (CO2) và nhựa thành những nguyên liệu khác nhau có thể điều chỉnh, hữu ích trong nhiều ngành công nghiệp.
Trong những thí nghiệm, CO2 chuyển đổi thành khí tổng hợp, một thành phần quan trọng của nhiên liệu lỏng bền vững, chai nhựa thành axit glycolic, một chất được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm. Bằng cách thay đổi chất xúc tác được sử dụng trong lò phản ứng, hệ thống có thể dễ dàng điều chỉnh để tạo ra những sản phẩm khác nhau.
Để đạt được một nền kinh tế tuần hoàn, bền vững hơn, vấn đề quan trọng nhất là phải chuyển đổi nhựa và khí nhà kính, hai trong số những mối đe dọa lớn nhất đối với môi trường thành những sản phẩm có giá trị và sử dụng được.
GS Erwin Reisner thuộc Khoa Hóa học Yusuf Hamied cho biết: "Chuyển đổi chất thải thành vật chất hữu ích bằng phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời là mục tiêu chính trong nghiên cứu của chúng tôi. Ô nhiễm nhựa là một vấn đề lớn trên toàn thế giới và thông thường, nhiều loại nhựa chúng ta ném vào thùng rác sẽ bị đốt hoặc chôn lấp.”
Một phần của lo phản ứng chuyển đổi CO2, rác thải nhựa PET. Ảnh Tech Xplore.
Nghiên cứu sinh TS Subhajit Bhattacharjee, đồng tác giả đầu tiên của bài báo khoa học cho biết: "Một công nghệ chạy bằng năng lượng mặt trời có thể giải quyết ô nhiễm nhựa và khí nhà kính đồng thời có thể là nhân tố tạo thành bước ngoặt quan trọng trong quá trình phát triển nền kinh tế tuần hoàn.”
Đồng tác giả nghiên cứu, TS Motiar Rahaman cho biết, "Chúng ta cũng cần một công nghệ có thể điều chỉnh được để có thể dễ dàng thực hiện những thay đổi, tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng muốn nhận được.”
Các nhà khoa học đã tạo ra một lò phản ứng tích hợp với hai ngăn riêng biệt: một ngăn chứa khí nhà kính và một ngăn chứa nhựa. Lò phản ứng sử dụng chất hấp thụ ánh sáng trên vật liệu perovskite, một chất thay thế khả thi cho silicon trong pin mặt trời thế hệ tiếp theo.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra nhiều chất xúc tác được tích hợp vào chất hấp thụ ánh sáng. Sản phẩm cuối cùng sau phản ứng có thể được thay đổi bằng phương pháp thay đổi chất xúc tác. Thử nghiệm lò phản ứng cho thấy thiết bị có thể chuyển đổi chai nhựa PET và CO2 thành một số nhiên liệu trên cơ sở carbon như CO, khí tổng hợp hoặc formate cùng với axit glycolic với hiệu suất cao. Tốc độ mà lò phản ứng do các nhà khoa học Đại học Cambridge phát triển sản xuất ra các hợp chất này cao hơn đáng kể so với tốc độ của các phương pháp khử CO2 bằng quang xúc tác truyền thống.
TS Rahaman cho biết: "Về cơ bản, quá trình chuyển đổi khí CO2 cần rất nhiều năng lượng, nhưng với hệ thống lò phản ứng, chỉ cần chiếu ánh sáng mặt trời và lò phản ứng bắt đầu chuyển đổi những sản phẩm có hại thành các vật liệu hữu ích và bền vững. Trước khi phát triển hệ thống này, chúng tôi không có bất cứ thiết bị nào, có thể tạo ra những sản phẩm có giá trị cao một cách chọn lọc và hiệu quả.”
Nghiên cứu sinh Bhattacharjee nói, "Tính chất đặc biệt của hệ thống này là tính linh hoạt và khả năng điều chỉnh, hiện tại chúng tôi đang tạo ra những phân tử trên cơ sở carbon khá đơn giản, nhưng trong tương lai, chúng tôi có thể điều chỉnh hệ thống, tạo ra những sản phẩm phức tạp hơn và hữu ích hơn, chỉ bằng phương pháp thay đổi chất xúc tác.”
Hơn nữa, lò phản ứng hoạt động rất hiệu quả. Nhóm nghiên cứu cho biết tốc độ sản xuất của nó hiệu quả hơn tới 100 lần so với các thiết bị sử dụng chất xúc tác chạy bằng năng lượng mặt trời khác. Các bước tiếp theo là phát triển lò phản ứng hơn nữa trong 5 năm tới để tạo ra các phân tử phức tạp hơn.
Hệ thống này giải quyết hai vấn đề môi trường chính của nhân loại ngày nay: chất thải nhựa và khí thải nhà kính. Sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng cho quy trình giúp giảm lượng khí thải bổ sung mà các nguồn năng lượng truyền thống sẽ thải ra.
Trong 5 năm tới, nhóm Cambridge hy vọng sẽ cải thiện lò phản ứng để sản xuất các hợp chất phức tạp hơn. Theo các nhà nghiên cứu, các công nghệ tương tự có thể được sử dụng để tạo ra một nhà máy tái chế hoàn toàn sử dụng năng lượng mặt trời.
Hải Đăng (T/h)
