Hoàng Khang
Writer
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực chuyển hóa carbon dioxide (CO2), mở ra tiềm năng to lớn cho việc sản xuất oxy trong các môi trường khắc nghiệt. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Nam Kinh, hợp tác với Đại học Fudan, đã phát triển thành công một thiết bị điện hóa mới có khả năng phân tách trực tiếp CO2 thành carbon nguyên tố (C) và khí oxy (O2) tinh khiết với hiệu suất ấn tượng, đạt tới 98,6% sản lượng oxy.
Những điểm chính
Điểm đặc biệt của phương pháp này là nó không đòi hỏi điều kiện nhiệt độ và áp suất cao như nhiều phản ứng hóa học tương tự, mà có thể hoạt động hiệu quả ở điều kiện môi trường thông thường. Điều này làm tăng đáng kể tính khả thi và tiềm năng ứng dụng thực tế của công nghệ. Hơn nữa, nếu nguồn điện cung cấp cho thiết bị đến từ năng lượng tái tạo, quy trình này còn có thể trở thành một phương pháp sản xuất oxy trung hòa carbon.
Từ lâu, việc tái tạo nhân tạo quá trình quang hợp của thực vật (chuyển đổi CO2 và nước thành oxy và glucose) một cách hiệu quả trong điều kiện thường gặp nhiều khó khăn. Phương pháp điện hóa mới này, với khả năng phân tách trực tiếp CO2 thành C và O2 với hiệu suất cao, được xem là một hướng đi đầy hứa hẹn. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: "Việc sử dụng chất xúc tác RuCo được tối ưu hóa cho phép tạo ra sản lượng O2 rất cao, vượt xa hiệu quả của quá trình quang hợp tự nhiên".
Công nghệ hoạt động như thế nào?
Thiết bị điện hóa này hoạt động dựa trên một quy trình gồm nhiều bước, sử dụng lithium (Li) làm chất trung gian chính và một chất xúc tác nano đặc biệt làm từ Rutheni (Ru) và Coban (Co) tại điện cực catốt (cathode). Điện cực đối diện (anode) là kim loại lithium.
Tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Công nghệ này cho thấy tính linh hoạt đáng kể khi hoạt động hiệu quả không chỉ với CO2 nguyên chất mà còn với các hỗn hợp khí khác nhau, bao gồm cả khí thải công nghiệp mô phỏng và bầu khí quyển Sao Hỏa mô phỏng.
Khả năng tạo ra oxy từ CO2 trong điều kiện giống Sao Hỏa (vốn có khí quyển chủ yếu là CO2, áp suất rất thấp) mở ra tiềm năng to lớn cho các sứ mệnh khám phá và định cư trên Hành tinh Đỏ trong tương lai. Nó có thể cung cấp nguồn oxy thở cho các phi hành gia, hỗ trợ sự sống trong các căn cứ, hoặc thậm chí làm nhiên liệu cho tên lửa quay về Trái Đất. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng hiệu suất tạo oxy cụ thể trong điều kiện mô phỏng Sao Hỏa (với nồng độ CO2 rất thấp, chỉ 1% trong thử nghiệm) vẫn chưa được công bố chi tiết.
Ngoài ứng dụng vũ trụ, công nghệ này còn hứa hẹn cho các môi trường khắc nghiệt khác như tàu ngầm, môi trường sống dưới nước, hoặc cung cấp oxy cho mặt nạ thở cá nhân. Nó cũng có thể được ứng dụng trong hệ thống lọc không khí trong nhà hoặc xử lý khí thải CO2 công nghiệp, biến khí thải thành sản phẩm có giá trị.
Với hiệu suất cao, hoạt động ở điều kiện ôn hòa và tiềm năng ứng dụng đa dạng, phương pháp chuyển hóa CO2 thành Oxy mới của các nhà khoa học Trung Quốc đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hóa học điện hóa và công nghệ môi trường, hứa hẹn đóng góp vào việc giải quyết các thách thức lớn của nhân loại trong tương lai.
Những điểm chính
- Các nhà khoa học Trung Quốc (từ ĐH Nam Kinh và ĐH Fudan) đã phát triển thành công một thiết bị điện hóa mới có khả năng phân tách trực tiếp CO2 thành Carbon và Oxy tinh khiết.
- Phương pháp này sử dụng chất xúc tác nano Rutheni-Coban (RuCo) và đạt hiệu suất tạo ra Oxy lên tới 98,6%, cao hơn hiệu quả quang hợp tự nhiên.
- Ưu điểm lớn là thiết bị hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường, không cần môi trường khắc nghiệt.
- Công nghệ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc hỗ trợ sự sống ở môi trường khắc nghiệt (như trên Sao Hỏa, dưới nước, trong bộ đồ vũ trụ), lọc không khí và xử lý khí thải công nghiệp.
- Thiết bị đã được thử nghiệm với khí quyển Sao Hỏa mô phỏng, tuy nhiên hiệu suất cụ thể trong điều kiện này vẫn chưa được công bố chi tiết.
Điểm đặc biệt của phương pháp này là nó không đòi hỏi điều kiện nhiệt độ và áp suất cao như nhiều phản ứng hóa học tương tự, mà có thể hoạt động hiệu quả ở điều kiện môi trường thông thường. Điều này làm tăng đáng kể tính khả thi và tiềm năng ứng dụng thực tế của công nghệ. Hơn nữa, nếu nguồn điện cung cấp cho thiết bị đến từ năng lượng tái tạo, quy trình này còn có thể trở thành một phương pháp sản xuất oxy trung hòa carbon.
Từ lâu, việc tái tạo nhân tạo quá trình quang hợp của thực vật (chuyển đổi CO2 và nước thành oxy và glucose) một cách hiệu quả trong điều kiện thường gặp nhiều khó khăn. Phương pháp điện hóa mới này, với khả năng phân tách trực tiếp CO2 thành C và O2 với hiệu suất cao, được xem là một hướng đi đầy hứa hẹn. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: "Việc sử dụng chất xúc tác RuCo được tối ưu hóa cho phép tạo ra sản lượng O2 rất cao, vượt xa hiệu quả của quá trình quang hợp tự nhiên".
Công nghệ hoạt động như thế nào?
Thiết bị điện hóa này hoạt động dựa trên một quy trình gồm nhiều bước, sử dụng lithium (Li) làm chất trung gian chính và một chất xúc tác nano đặc biệt làm từ Rutheni (Ru) và Coban (Co) tại điện cực catốt (cathode). Điện cực đối diện (anode) là kim loại lithium.
- Khi khí CO2 được đưa vào catốt, nó phản ứng với lithium trong một quá trình khử điện hóa hai giai đoạn:
- CO2 + Li → Lithium Carbonate (Li2CO3)
- Li2CO3 + Li → Lithium Oxide (Li2O) + Carbon (C)
- Tại anot, Lithium Oxide (Li2O) sau đó trải qua quá trình oxy hóa điện xúc tác, chuyển đổi trở lại thành ion lithium (Li+) và giải phóng khí Oxy (O2) tinh khiết là sản phẩm cuối cùng.
Tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Công nghệ này cho thấy tính linh hoạt đáng kể khi hoạt động hiệu quả không chỉ với CO2 nguyên chất mà còn với các hỗn hợp khí khác nhau, bao gồm cả khí thải công nghiệp mô phỏng và bầu khí quyển Sao Hỏa mô phỏng.
Khả năng tạo ra oxy từ CO2 trong điều kiện giống Sao Hỏa (vốn có khí quyển chủ yếu là CO2, áp suất rất thấp) mở ra tiềm năng to lớn cho các sứ mệnh khám phá và định cư trên Hành tinh Đỏ trong tương lai. Nó có thể cung cấp nguồn oxy thở cho các phi hành gia, hỗ trợ sự sống trong các căn cứ, hoặc thậm chí làm nhiên liệu cho tên lửa quay về Trái Đất. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng hiệu suất tạo oxy cụ thể trong điều kiện mô phỏng Sao Hỏa (với nồng độ CO2 rất thấp, chỉ 1% trong thử nghiệm) vẫn chưa được công bố chi tiết.
Ngoài ứng dụng vũ trụ, công nghệ này còn hứa hẹn cho các môi trường khắc nghiệt khác như tàu ngầm, môi trường sống dưới nước, hoặc cung cấp oxy cho mặt nạ thở cá nhân. Nó cũng có thể được ứng dụng trong hệ thống lọc không khí trong nhà hoặc xử lý khí thải CO2 công nghiệp, biến khí thải thành sản phẩm có giá trị.
Với hiệu suất cao, hoạt động ở điều kiện ôn hòa và tiềm năng ứng dụng đa dạng, phương pháp chuyển hóa CO2 thành Oxy mới của các nhà khoa học Trung Quốc đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hóa học điện hóa và công nghệ môi trường, hứa hẹn đóng góp vào việc giải quyết các thách thức lớn của nhân loại trong tương lai.
