Khai thác carbon dioxide là nguồn tài nguyên và sử dụng năng lượng hydro được coi là những phương pháp thiết thực nhất để đạt được khả năng trung hòa carbon.

Để có thể khai thác được tài nguyên và nguồn năng lượng sạch, đổi mới công nghệ là vấn đề cần thiết cho phép carbon dioxide và hy dro được khai thác sử dụng khả thi về kinh tế và môi trường. Hướng tới mục tiêu này, nhóm nghiên cứu Hàn Quốc phát triển một công nghệ độc quyền, khai thác sức mạnh tổng hợp của cả hai lĩnh vực.

Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST; Chủ tịch: Seok-Jin Yoon) thông báo, nhóm nghiên cứu do TS Hyung-Suk Oh dẫn đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Sạch phát triển một công nghệ chuyển đổi ổn định carbon dioxide thành các hợp chất lỏng hữu ích (formate) bằng phương pháp thực hiện phản ứng tổng hợp khối lượng lớn với chất xúc tác oxit thiếc pha tạp flo.

Còn được gọi là axit methanoic, formate là một nguyên liệu hóa học cơ bản, sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như chế biến thực phẩm , chất bảo quản, thuốc nhuộm, chất làm dẻo, hóa chất loại bỏ tuyết và chất chữa bệnh chậm phát triển do có vị chua đặc biệt, đặc tính chống vi khuẩn và khả năng của formate kiểm soát độ pH. Trong những năm gần đây, formate cũng được chú ý như một nguyên liệu thô cho nhựa phân hủy sinh học thân thiện với môi trường.

Sản xuất và sử dụng formate với chất xúc tác oxit thiếc pha tạp flo để chuyển hóa CO2. Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST).

Do hầu hết các formate hiện được sản xuất bằng phản ứng nhiệt hóa nhiên liệu hóa thạch, nên quá trình sản xuất dẫn đến phát thải carbon dioxide. Vật liệu có thể được sản xuất theo phương pháp thân thiện môi trường nếu carbon dioxide được chuyển đổi trực tiếp thành formate thông qua phản ứng điện hóa, nhưng cần phải tăng hiệu suất vật liệu điện cực, chịu trách nhiệm chuyển khí thành pha lỏng, đảm bảo độ bền cho phép các điện cực hoạt động ổn định trong thời gian dài.

 Mô hình hóa sự thay đổi cấu trúc trong phản ứng chuyển hóa CO2, sử dụng chất xúc tác oxit thiếc pha tạp flo và oxit thiếc. Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)

Nhóm nghiên cứu của KIST tập trung vào thực tế là chất xúc tác oxit thiếc pha tạp flo có xu hướng kim loại hóa thấp hơn oxit thiếc thông thường, duy trì ổn định phản ứng chuyển hóa carbon đioxit của chất xúc tác. Sử dụng phương pháp pha tạp flo tương đối đơn giản trong quá trình tổng hợp thiếc oxit, các nhà khoa học phát triển một điện cực duy trì hoạt động chuyển đổi formate cao một cách ổn định.

Điện cực oxit thiếc pha tạp flo được sản xuất theo phương pháp đề xuất đã chứng minh trong thử nghiệm có tốc độ sản xuất formate cao gấp 4 lần so với điện cực oxit thiếc thương mại hiện có, độ bền điện cực tăng cường ít nhất 100 lần, hiệu suất sản xuất được duy trì ngay cả trong tình huống thời gian phản ứng lâu dài, hơn một tuần.

Ngoài ra, formate là một trong những ứng viên có khả năng nhất được sử dụng như một chất hữu cơ mang hydro lỏng (LOHC), đóng vai trò vật liệu lưu trữ hydro. Forrmate liên kết hydro với chất thứ ba, cho phép lưu trữ và vận chuyển nguồn nhiêu liệu này không cần phụ thuộc vào những thùng chứa chuyên dụng nặng và đắt tiền.

Điểm cốt lõi của công nghệ LOHC là đảm bảo các hợp chất hóa lỏng có khả năng lưu trữ hydro cao và an toàn, ngay cả khi tiếp xúc với các yếu tố tác động ngoài môi trường; vật chất formate có đặc điểm này.

Áp dụng công nghệ do các nhà nghiên cứu phát triển, những vấn đề về môi trường và kinh tế được giải quyết đồng thời, vật liệu có thể có khả năng cạnh tranh mạnh hơn nhiều lần so với các vật liệu ứng viên khác như amoniac.

TS Hyung-Suk Oh nhấn mạnh, "Phát triển thành công các điện cực hiệu quả cao, nhóm nghiên cứu có thể xây dựng một hệ thống liên tục sản xuất formate khối lượng lớn từ carbon dioxide .

"Đây không chỉ là một hướng thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS), ứng dụng cung cấp một lượng lớn formate, lý tưởng cho lưu trữ hydro.”

Công nghệ mới đóng góp một vai trò quan trọng trong quá trình trung hòa hóa carbon tương lai, khi nguồn cung cấp năng lượng tái tạo tăng lên, xã hội phải chuyển hóa từ sử dụng nhiên liệu hóa thành sang nhiên liệu hydro khi nguồn năng lượng tái tạo tiếp tục phát triển. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications.