VNR Content
Pearl
Gần đây, một đội kỹ sư ở Mỹ đã tăng tốc tiến bộ khoa học môi trường bằng giải pháp thu giữ khí CO2, cao gấp 100 lần tốc độ của các công nghệ hiện tại.
Cây xanh là những cỗ máy thanh lọc của mẹ thiên nhiên, hút khí CO2 và biến nó thành oxy và năng lượng qua quá trình quang hợp. Tái tạo lại quá trình quang hợp tự nhiên là một mục tiêu lâu dài trong khoa học. Các nhà khoa học hy vọng những hệ thống lá nhân tạo sẽ giúp giảm bớt khí thải nhà kính và đóng vai trò chủ chốt trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
(Ảnh: Meenesh Singh)
Trong những năm qua, chúng ta đã thấy khá nhiều hệ thống lá nhân tạo sử dụng ánh sáng mặt trời để biến nước thành điện và nhiên liệu lỏng. Một trong số đó là lá nhân tạo của các kỹ sư đại học Illinois Chicago (UIC) ra đời năm 2019. Theo các nhà sáng chế, hệ thống này có thiết kế độc đáo phù hợp để sử dụng trong thực tế, so với các giải pháp khác trong phòng thí nghiệm chỉ có thể hoạt động với CO2 từ các bồn áp suất.
Lá nhân tạo ban đầu của đội kỹ sư UIC gồm một đơn vị quang hợp nhân tạo tiêu chuẩn được bao bọc trong một khoan trong suốt đầy nước và một lớp ngoài bán thẩm thấu. Khi ánh nắng mặt trời chiếu vào thiết bị, nước sẽ bốc hơi qua các lỗ to trên lớp ngoài và CO2 được hút vào để thay thế nước. CO2 sẽ được đơn vị quang hợp bên trong biến thành CO. Sau đó, chúng ta có thể thu giữ CO và dùng nó làm nhiên liệu tổng hợp.
Sau vài điều chỉnh, năng lực của hệ thống lá nhân tạo mới nhất từ UIC đã được nâng cao. Đội nghiên cứu sử dụng các vật liệu giá rẻ để tích hợp một màng tích điện đóng vai trò gradient nước có hai mặt ướt và khô. Trên mặt khô, một dung môi hữu cơ bám vào khí CO2 thu nhận được, biến nó thành bicarbonate đậm đặc tích tụ trên màng. Một điện cực dương trên mặt ướt sẽ kéo bicarbonate qua màng đi vào dung dịch nước, dung dịch sẽ hòa tan bicarbonate trở lại thành CO2 để sản xuất nhiên liệu hoặc dùng cho những mục đích khác.
Việc thay đổi điện tích có thể làm cho tốc độ thu giữ carbon nhanh hơn hoặc chậm hơn. Theo nghiên cứu, tốc độ thu giữ CO2 tối ưu của hệ thống này là 3,3 milimol/giờ cho mỗi 4 cm2 vật liệu.
Thiết kế “lá nhân tạo” mới của đội kỹ sư đại học Illinois Chicago (Ảnh: UIC)
Theo đánh giá, tốc độ này là rất cao, cao hơn các hệ thống hiện có đến 100 lần. Điều quan trọng là, lượng điện cần thiết cho các phản ứng quang hợp nhân tạo là không đáng kể, chỉ có vài kilojun cho mỗi giờ, thấp hơn cả lượng điện cần thiết để chạy bóng đèn LED 1 watt. Một điều cũng ấn tượng không kém là giá thu giữ CO2 của hệ thống ở mức 145 đô la Mỹ/tấn, nằm trong giới hạn mà Bộ Năng lượng Mỹ định hướng cho các công nghệ tương tự là 200 đô la Mỹ.
“Hệ thống lá nhân tạo của chúng tôi có thể được triển khai bên ngoài phòng thí nghiệm, nơi nó có khả năng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải nhà kính trong khí quyển nhờ tốc độ thu giữ carbon cao, chi phí thấp và năng lượng vừa phải khi so sánh với những hệ thống tốt nhất trong phòng thí nghiệm”, lời tác giả thứ hai của nghiên cứu, tiến sĩ Meenesh Singh, trợ lý giáo sư khoa Kỹ thuật hóa học trường đại học kỹ thuật UIC (UIC College of engineering).
Không chỉ vậy, hệ thống này cũng rất nhỏ gọn: đủ nhỏ để nhét vào ba lô, có thể tháo lắp được, nghĩa là bạn có thể xếp chồng nhiều đơn vị để tạo ra các thiết bị phù hợp cho các bối cảnh khác nhau.
Một mô đun nhỏ cỡ máy làm ẩm tại nhà có thể thu giữ hơn 1kg CO2 mỗi ngày, và 4 ngăn lá nhân tạo công nghiệp có thể thu giữ CO2 từ khí thải với công suất hơn 300 kg CO2/giờ, Meenesh cho biết.
Công trình của các nhà khoa học UIC vừa được xuất bản trên tạp san Khoa học Môi trường và Năng lượng (Energy & Environmental Science) đầu năm nay.
Nguồn: New Atlas
Cây xanh là những cỗ máy thanh lọc của mẹ thiên nhiên, hút khí CO2 và biến nó thành oxy và năng lượng qua quá trình quang hợp. Tái tạo lại quá trình quang hợp tự nhiên là một mục tiêu lâu dài trong khoa học. Các nhà khoa học hy vọng những hệ thống lá nhân tạo sẽ giúp giảm bớt khí thải nhà kính và đóng vai trò chủ chốt trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
Trong những năm qua, chúng ta đã thấy khá nhiều hệ thống lá nhân tạo sử dụng ánh sáng mặt trời để biến nước thành điện và nhiên liệu lỏng. Một trong số đó là lá nhân tạo của các kỹ sư đại học Illinois Chicago (UIC) ra đời năm 2019. Theo các nhà sáng chế, hệ thống này có thiết kế độc đáo phù hợp để sử dụng trong thực tế, so với các giải pháp khác trong phòng thí nghiệm chỉ có thể hoạt động với CO2 từ các bồn áp suất.
Lá nhân tạo ban đầu của đội kỹ sư UIC gồm một đơn vị quang hợp nhân tạo tiêu chuẩn được bao bọc trong một khoan trong suốt đầy nước và một lớp ngoài bán thẩm thấu. Khi ánh nắng mặt trời chiếu vào thiết bị, nước sẽ bốc hơi qua các lỗ to trên lớp ngoài và CO2 được hút vào để thay thế nước. CO2 sẽ được đơn vị quang hợp bên trong biến thành CO. Sau đó, chúng ta có thể thu giữ CO và dùng nó làm nhiên liệu tổng hợp.
Sau vài điều chỉnh, năng lực của hệ thống lá nhân tạo mới nhất từ UIC đã được nâng cao. Đội nghiên cứu sử dụng các vật liệu giá rẻ để tích hợp một màng tích điện đóng vai trò gradient nước có hai mặt ướt và khô. Trên mặt khô, một dung môi hữu cơ bám vào khí CO2 thu nhận được, biến nó thành bicarbonate đậm đặc tích tụ trên màng. Một điện cực dương trên mặt ướt sẽ kéo bicarbonate qua màng đi vào dung dịch nước, dung dịch sẽ hòa tan bicarbonate trở lại thành CO2 để sản xuất nhiên liệu hoặc dùng cho những mục đích khác.
Việc thay đổi điện tích có thể làm cho tốc độ thu giữ carbon nhanh hơn hoặc chậm hơn. Theo nghiên cứu, tốc độ thu giữ CO2 tối ưu của hệ thống này là 3,3 milimol/giờ cho mỗi 4 cm2 vật liệu.
Theo đánh giá, tốc độ này là rất cao, cao hơn các hệ thống hiện có đến 100 lần. Điều quan trọng là, lượng điện cần thiết cho các phản ứng quang hợp nhân tạo là không đáng kể, chỉ có vài kilojun cho mỗi giờ, thấp hơn cả lượng điện cần thiết để chạy bóng đèn LED 1 watt. Một điều cũng ấn tượng không kém là giá thu giữ CO2 của hệ thống ở mức 145 đô la Mỹ/tấn, nằm trong giới hạn mà Bộ Năng lượng Mỹ định hướng cho các công nghệ tương tự là 200 đô la Mỹ.
“Hệ thống lá nhân tạo của chúng tôi có thể được triển khai bên ngoài phòng thí nghiệm, nơi nó có khả năng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải nhà kính trong khí quyển nhờ tốc độ thu giữ carbon cao, chi phí thấp và năng lượng vừa phải khi so sánh với những hệ thống tốt nhất trong phòng thí nghiệm”, lời tác giả thứ hai của nghiên cứu, tiến sĩ Meenesh Singh, trợ lý giáo sư khoa Kỹ thuật hóa học trường đại học kỹ thuật UIC (UIC College of engineering).
Không chỉ vậy, hệ thống này cũng rất nhỏ gọn: đủ nhỏ để nhét vào ba lô, có thể tháo lắp được, nghĩa là bạn có thể xếp chồng nhiều đơn vị để tạo ra các thiết bị phù hợp cho các bối cảnh khác nhau.
Một mô đun nhỏ cỡ máy làm ẩm tại nhà có thể thu giữ hơn 1kg CO2 mỗi ngày, và 4 ngăn lá nhân tạo công nghiệp có thể thu giữ CO2 từ khí thải với công suất hơn 300 kg CO2/giờ, Meenesh cho biết.
Công trình của các nhà khoa học UIC vừa được xuất bản trên tạp san Khoa học Môi trường và Năng lượng (Energy & Environmental Science) đầu năm nay.
Nguồn: New Atlas
