Công nghệ pin mới hấp thụ CO2 để làm nhiên liệu cho chính nó

Nghiên cứu này không chỉ giúp giải quyết được vấn đề phát thải CO₂, mà còn có thể biến nó thành một điều gì đó hữu ích hơn cho con người.

Mọi người đều biết thế giới đang gặp vấn đề nghiêm trọng về Carbon Dioxide (CO₂), nhưng hóa ra công nghệ pin lại có thể là cách thức tài tình và có thể hiệu quả về chi phí nhất đối với lượng CO₂ gia tăng trên hành tinh của chúng ta.

Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã tìm kiếm các cách thức khác nhau để thu thập carbon và lưu trữ nó dưới lòng đất hoặc thậm chí trong lòng đại dương. Theo các nhà nghiên cứu tại MIT, vấn đề đối với các hệ thống thu thập và cô lập carbon (CCS: Carbon capture and Sequestration) thông thường là chúng đòi hỏi phải có nhiều năng lượng để hoạt động.

Một nghiên cứu năm 2014 ước tính CCS sử dụng đến 30% điện năng tạo ra từ các nhà máy điện, và cuối cùng, nhiều hệ thống chỉ có thể lưu trữ CO2 dưới dạng rắn, nhưng không thực sự chuyển đổi mục đích sử dụng được nó.

Hệ thống pin Lithium mới có thể hấp thụ trực tiếp CO₂ từ bên trong các nhà máy điện.

Nhưng một nhánh khoa học riêng biệt về CO₂ đang nỗ lực tìm cách chuyển hóa chất này thành các loại vật liệu khác nhau, có khả năng sử dụng như một nguồn nhiên liệu có thể sử dụng được. Nhiều nhà khoa học tin rằng đây là chiến lược được ưa thích hơn, khi nó còn mang lại các lợi ích khác ngoài việc giảm lượng CO₂.

Với hướng đi đó, một nhóm nghiên cứu tại MIT đã đưa ra một hệ thống pin Lithium mới có thể hấp thụ trực tiếp CO₂ từ bên trong các nhà máy điện, chuyển hơi nước lãng phí thành một điện cực (với CO₂ bên trong) – một trong ba thành phần chính của pin.

Các loại pin Lithium Carbon Dioxide thường yêu cầu phải có chất xúc tác kim loại để hoạt động, bởi vì carbon dioxide khá trơ về mặt hóa học. Từ đó nó lại làm nảy sinh một vấn đề khác - các chất xúc tác thường rất đắt đỏ, và các phản ứng hóa học thường rất khó kiểm soát.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do kỹ sư cơ khí Betar Gallant dẫn đầu đã tạo ra một bộ chuyển đổi điện hóa Carbon Dioxide mà không cần đến chất xúc tác, mà chỉ sử dụng một điện cực carbon.

Câu trả lời nằm ở việc sử dụng CO2 ở thể rắn, kết hợp nó trong một dung dịch Amin.

"Những điều mới trong giải pháp của chúng tôi là kỹ thuật này kích hoạt Carbon Dioxide để tạo ra dung dịch điện hóa dễ dàng hơn", Gallant cho biết.

"Hai hóa chất này – các amin ngậm nước và các điện cực pin khan (không ngậm nước) – không thường được sử dụng cùng nhau, nhưng chúng ta nhận ra rằng việc kết hợp chúng với nhau mang lại những hành vi mới và đầy thú vị, có thể làm tăng hiệu điện thế dòng xả và cho phép chuyển đổi liên tục Carbon Dioxide".

Cực âm sau khi xả điện, cho thấy các vật liệu carbon có nguồn gốc từ việc phát thải CO2, và bề mặt ban đầu trước khi xả của điện cực.

Cho đến nay, nghiên cứu này vẫn chưa sẵn sàng cho việc thương mại hóa, nhưng các thử nghiệm cho thấy rằng kỹ thuật amin này có thể cạnh tranh với các phương pháp khác dành cho pin Lithium khi, cho dù chúng vẫn còn nhiều khía cạnh cần phải cải thiện.

Đầu tiên, hệ thống pin này hiện tại mới chỉ giới hạn ở 10 chu kỳ sạc xả - một hạn chế to lớn cần phải được cải tiến đáng kể nếu muốn sử dụng hệ thống pin Lithium Carbon này cho bất kỳ mục đích nghiêm túc nào.

"Các thách thức trong tương lai sẽ bao gồm việc phát triển các hệ thống với khả năng quay vòng anim cao hơn để tiếp cận khả năng hoạt động gần như liên tục hoặc có vòng đời dài hơn, và để gia tăng dung lượng có thể đạt được ở cường độ cao hơn". Các tác giả cho biết trong nghiên cứu của mình.

Các tác giả cũng thừa nhận, sẽ cần đến nhiều năm nữa trước khi loại công nghệ pin này có thể sử dụng để cấp điện cho những thứ mà mọi người thực sự cần.

Với mọi rào cản nhỏ chúng ta vượt qua, chúng ta lại tiến gần hơn đến mục tiêu cuối cùng – một giải pháp có thể giúp giải quyết một trong những tình thế tiến thoái lưỡng nan quan trọng của môi trường ngày nay, nhưng theo cách hữu ích hơn việc chỉ đơn giản chôn nó xuống đất và để nó nằm im ở đó.

"Pin Lithium Carbon Dioxide vẫn cần nhiều năm phát triển nữa". Gallant giải thích, nhưng ít nhất, nếu chúng ta có thể chuyển CO₂ thành một điều gì đó giống như thành phần của pin, đó sẽ là "một cách để cô lập nó thành một sản phẩm hữu ích".