Thiết bị mới thu giữ CO2 nhờ bơm khí xuyên qua pin

Các thiết bị thu giữ carbon dioxide (CO2) từ không khí xung quanh hoặc từ ống khói nhà máy thường hoạt động dựa trên cơ chế màng lọc thuận nghịch. Không khí được đưa qua các hạt vật liệu hoặc dung dịch có khả năng hấp thụ CO2, sau đó khối vật chất đã "ngậm" CO2 này trải qua một quá trình xử lý — thường là gia nhiệt — để giải phóng lượng CO2 đã hấp thụ. Dòng khí thu được sau đó có thể được thu gom riêng biệt.

Điều đáng chú ý là hoàn toàn có thể thực hiện quy trình tương tự ở quy mô nhỏ hơn — chẳng hạn như bên trong một viên pin. Một nghiên cứu mới từ nhóm do James Buchen thuộc Đại học Delaware dẫn đầu đã trình bày một ví dụ về kỹ thuật thu giữ carbon bằng pin điện hóa, mà theo nhóm nghiên cứu, có tính khả thi cao hơn so với các nỗ lực trước đây. Công nghệ này có tiềm năng tiêu tốn ít năng lượng hơn — và do đó rẻ hơn — so với các thiết kế màng lọc thuận nghịch đang chiếm ưu thế hiện nay.

Nguyên lý hóa học của carbon

Ý tưởng cơ bản đằng sau loại thiết bị này là các ion hydroxide (OH⁻) được tạo ra tại cực âm (cathode) của pin sẽ phản ứng với CO2, chuyển hóa nó thành carbonate hoặc bicarbonate. Hợp chất này sau đó đi xuyên qua màng phân tách để tới cực dương (anode). Tại đây, độ pH thấp hơn khiến phản ứng đảo chiều, biến carbonate trở lại thành khí CO2. Vai trò của cực âm là sản sinh ion hydroxide, còn vai trò của cực dương là tiêu thụ chúng.

Tại sao phương pháp này đáng chú ý?

So với các hệ thống thu giữ carbon truyền thống, thiết kế dựa trên pin mang lại một số lợi thế tiềm năng:

• Tiêu thụ ít năng lượng hơn: Thay vì phải gia nhiệt để giải phóng CO2, thiết bị chỉ cần năng lượng điện để điều khiển dòng ion qua màng.
• Chi phí vận hành thấp hơn: Ít năng lượng tiêu hao đồng nghĩa với chi phí vận hành giảm, một yếu tố then chốt để công nghệ thu giữ carbon trở nên khả thi về mặt kinh tế.
• Thiết kế nhỏ gọn: Quy trình điện hóa có thể được thu nhỏ, mở ra khả năng ứng dụng ở nhiều quy mô khác nhau, từ nhà máy công nghiệp đến các hệ thống phân tán.

"Công nghệ thu giữ carbon bằng pin điện hóa hứa hẹn sẽ thay đổi cách chúng ta xử lý lượng khí thải CO2, đặc biệt khi chi phí năng lượng vẫn là rào cản lớn nhất."

Ý nghĩa đối với Việt Nam

Với cam kết đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, Việt Nam đang tìm kiếm các giải pháp công nghệ để giảm lượng khí thải từ các nhà máy nhiệt điện than và các cơ sở công nghiệp nặng. Các công nghệ thu giữ carbon tiết kiệm năng lượng như pin điện hóa có thể trở thành một phần quan trọng trong chiến lược chuyển đổi xanh của quốc gia.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn phòng thí nghiệm. Việc mở rộng quy mô và thương mại hóa công nghệ này sẽ đòi hỏi thêm nhiều thử nghiệm và đầu tư, đặc biệt trong bối cảnh hạ tầng công nghiệp tại Việt Nam vẫn còn phụ thuộc nhiều vào năng lượng hóa thạch.

Kết luận

Nghiên cứu từ Đại học Delaware mở ra một hướng đi mới đầy triển vọng cho lĩnh vực thu giữ carbon: thay vì phụ thuộc vào nhiệt, họ tận dụng chính dòng ion trong pin để tách CO2 khỏi không khí. Nếu được tối ưu hóa, phương pháp này có thể giúp giảm đáng kể chi phí và năng lượng cần thiết cho việc thu giữ carbon — một mảnh ghép quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu toàn cầu.