Tái chế Carbon: Khai thác không khí tìm nhiên liệu
Khoa học từ lâu biết rằng có khả năng kết hợp carbon từ CO2 với hydrogen từ nước để tạo ra hydrocarbon - nói cách khác là tạo ra thứ nhiên liệu như xăng. Nhưng, trớ trêu thay, việc này lại đòi hỏi rất nhiều năng lượng. Các nhà nghiên cứu tiên phong và giới đầu tư cho rằng công nghệ tái chế CO2 thành nhiên liệu để sử dụng cho động cơ đốt trong ngày nay đã ở trong tầm tay.
Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia ở Albuquerque (New Mexico) và Livermore (California) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ. Hiện tại, hai cơ sở này đang nghiên cứu tạo ra một loại động cơ hóa nhiệt hiệu suất cao dựa trên công nghệ "cô đặc" năng lượng mặt trời để tạo ra nhiên liệu. Ellen Stechel, quản lý dự án ở Sandia, cho biết: "Nhiên liệu hydrocarbon chứa rất nhiều năng lượng. Mọi dạng năng lượng đều có nguồn từ mặt trời".
Theo bà Stechel, việc dùng năng lượng mặt trời để tạo ra nhiên liệu là điều khả thi, cũng như tự nhiên đã và đang làm, nhưng chỉ khác là chúng ta phải thu nó từ một vùng rộng lớn để rồi cô đọng lại thành một thứ rất cô đặc. Ánh nắng mặt trời là miễn phí, nhưng để thu hoạch được ánh nắng thì không hề miễn phí.
Mô hình lò phản ứng năng lượng mặt trời mà các chuyên gia Sandia đang phát triển được thiết kế với một mảng kính ghép khổng lồ để hấp thu và hội tụ ánh nắng thành một tia cực mạnh rồi dẫn vào những vòng oxide kim loại bên trong từng lò phản ứng. Những chiếc vòng này quay liên tục để tiếp nhận và tránh tia hội tụ kia - khi tiếp nhận, nó sẽ bị nung tới nhiệt độ khoảng 1.400oC và khi tránh, nó sẽ giảm nhiệt độ xuống còn khoảng 1.100oC. Những vòng này sẽ được tuần tự tiếp xúc với CO2 hoặc nước.
 |
| Công nghệ Sunshine to Petrol (tạm dịch là "Biến nắng thành dầu"). |
Ở nhiệt độ cao, vòng oxide kim loại sẽ sản sinh ra oxygen và khi ở nhiệt độ thấp hơn chúng sẽ hút nguyên tử oxygen từ cả phân tử CO2 và H2O (nước). Quá trình phản ứng hóa nhiệt này sẽ tạo ra carbon monoxide và khí hydrogen (thường được gọi là "syngas") - thành phần tạo nên nhiên liệu hydrocarbon.
Bộ thu năng lượng mặt trời ở Sandia có diện tích khoảng 20m2 để sử dụng cho 1 lò phản ứng có kích thước chỉ bằng két bia. Theo Stechel, cần có khoảng 121.400 hecta kính thu ánh nắng mặt trời để tạo ra được tương đương 1 triệu thùng dầu mỗi ngày - trong khi đó, mỗi ngày, thế giới đang tiêu thụ khoảng 86 triệu thùng xăng dầu và nhiêu liệu lỏng khác, bao gồm cả nhiên liệu sinh học.
Bà Stechel cho biết, độ bền của thiết bị vẫn còn là một vấn đề trở ngại, và các nhà nghiên cứu đang tiếp tục nỗ lực chế tạo hệ thống hiệu quả đến mức có thể thương mại hóa thành phẩm và sử dụng trên diện rộng.
Carbon Science, một công ty ở
Theo Carbon Science, họ dùng những kim loại thông thường như nickel và cobalt đã được làm giàu nhờ nhôm và magnesium. Được biết, một cơ sở thử nghiệm của công ty này đã kết hợp thành công CO2 với methane (thành phần cốt yếu của khí tự nhiên) để tạo ra syngas có thể chuyển hóa thành nhiên liệu thông thường.
Quá trình biến syngas thành nhiên liệu là công nghệ đã có từ lâu, và những cơ sở khí hóa lỏng thương mại thì đã có trên khắp thế giới. Tuy nhiên, toàn bộ quá trình này còn tùy thuộc phương pháp sản xuất syngas: hơi nước hay oxy hóa.
Carbon Science cho biết, việc tái chế CO2 theo phương pháp khô sẽ là một thách thức, vì nó sẽ sản sinh nhiên liệu trong khi chuyển hóa và khí thải CO2 sẽ bị phóng thích vào không khí.
Theo Byron Elton, Giám đốc điều hành Carbon Science, sử dụng CO2 sẵn có như chất phản ứng sẽ giúp giảm chi phí đáng kể so với phương pháp hóa lỏng khí thương mại hiện nay.
Dĩ nhiên, do nhiên liệu sản xuất được sẽ thay thế cho xăng và dầu diesel thông thường, nên xe cộ sử dụng nhiên liệu này sẽ lại phóng thích khí CO2 vào khí quyển. Nhưng Elton cho biết, có nhiều lợi ích quan trọng trong việc sử dụng nhiên liệu tái sinh: CO2 được sử dụng lại thay vì đi thẳng vào không khí, giải quyết được vấn đề an toàn năng lượng (nhiên liệu được sản xuất trong nước nhờ vào nguồn tài nguyên bị bỏ phế ở Mỹ là CO2 và khí tự nhiên). Các nhà khoa học ngoài ngành cho rằng, lợi ích của CO2 sẽ tùy thuộc vào việc nó được sử dụng như thế nào, bao gồm cả nguồn gốc tạo ra nó.
Elton tranh luận rằng việc giảm thiểu nguồn năng lượng sử dụng cho việc chuyển hóa CO2 thành nhiên liệu sẽ là ưu tiên hàng đầu - chẳng hạn tái sử dụng nhiên liệu trong quá trình xử lý. Ông này khẳng định rằng quy trình mà Carbon Science sử dụng để tạo nhiên liệu là hoàn toàn từ CO2 tự nhiên chứ không từ việc tinh chế dầu thô thành xăng hay dầu diesel - vốn phóng thích khí CO2 ngay cả trước khi xăng dầu được đóng thùng.
Sau những kết quả thí nghiệm đầy hứa hẹn, Elton cho biết, tháng 7 vừa qua, Carbon Science đã tiến hành thực hiện dự án sản xuất dầu diesel mẫu có thể sử dụng được cho các phương tiện chạy dầu diesel hiện nay như xe tải và xe buýt.
Tại Anh, Công ty Air Fuel Synthesis cũng đang nhắm vào mục tiêu tái tạo nhiên liệu từ CO2 và năng lượng gió để dùng cho ngành hàng không. Theo các nhà nghiên cứu từ Trường đại học Sheffield và Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Hà Lan, cái gọi là "thu carbon và tận dụng" có thể khắc phục những hạn chế của việc thu và lưu trữ carbon, gồm cả những vấn đề về nơi cất giữ bên dưới mặt đất, khả năng bị rò rỉ, vấn đề trách nhiệm về lâu dài.
Việc chế tạo nhiên liệu lỏng qua tái chế carbon là phần quan trọng về lâu dài đối với việc giảm lệ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và góp phần làm sạch môi trường đang ngày càng ô nhiễm bởi khí thải
