Các nhà nghiên cứu từ Đại học Liverpool đã có một bước đột phá quan trọng trong việc chuyển đổi trực tiếp CO2 và khí mê-tan (CH4) thành nhiên liệu lỏng và các hóa chất mà có thể giúp ngành công nghiệp giảm lượng phát thải khí nhà kính đồng thời vẫn sản xuất ra nguồn hóa chất có giá trị.
Bài nghiên cứu đăng trên tạp chí hóa học Angewandte Chemiethey báo cáo một quá trình tổng hợp plasma độc đáo để kích hoạt trực tiếp và chỉ với một bước cacbon điôxit và metan thành các nhiên liệu và hóa chất lỏng có giá trị cao hơn (ví dụ như axit acetic, methanol, ethanol và formaldehyde) với độ chọn lọc cao ở điều kiện môi trường xung quanh (nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển).
Đây là lần đầu tiên quá trình này được chứng minh, vì đây là một thách thức đáng kể để chuyển đổi trực tiếp hai phân tử ổn định và trơ thành các nhiên liệu hoặc hóa chất lỏng sử dụng quy trình thông thường 1 bước (ví dụ như xúc tác), bỏ qua quy trình sản xuất khí tổng hợp cao áp để tổng hợp hóa học.
Quá trình tổng hợp 1 bước ở nhiệt độ phòng nhiên liệu lỏng và hóa chất từ việc chuyển đổi trực tiếp CO2 với CH4 đạt được bằng cách sử dụng lò phản ứng plasma không nhiệt áp suất không khí mới với một điện cực nước và đầu vào năng lượng thấp.
"Những kết quả này cho thấy rõ ràng rằng plasmas không nhiệt cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn để vượt qua rào cản nhiệt động học để chuyển đổi trực tiếp CH4 và CO2 thành một loạt các hóa chất nền tảng quan trọng cũng như các loại nhiên liệu tổng hợp trong điều kiện môi trường xung quanh. Đưa một chất xúc tác vào quá trình hóa học plasma, được gọi là xúc tác plasma, có thể điều chỉnh tính chọn lọc của các hóa chất mục tiêu."
"Đây là một công nghệ đột phá quan trọng có tiềm năng lớn để đem lại một sự thay đổi trong việc kích hoạt metan trong tương lai, chuyển đổi và sử dụng CO2 và lưu trữ năng lượng hóa học, đây cũng là điều có ý nghĩa rất lớn đối với ngành năng lượng và hóa học và có thể giúp giải quyết những thách thức của sự nóng lên toàn cầu và hiệu ứng khí nhà kính."
Khí metan và cacbon điôxit được xem là khí nhà kính góp phần vào sự ấm lên toàn cầu và sự thay đổi khí hậu.
Để giải quyết những thách thức năng lượng toàn cầu do khí nhà kính, các công nghệ mới và đang nổi lên đang được phát triển với tốc độ nhanh.
Plasma, trạng thái thứ tư của vật chất, một hỗn hợp khí có điện tích, cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn và hấp dẫn cho việc tổng hợp nhiên liệu và hóa chất, cung cấp một cách độc đáo để cho phép các phản ứng không thuận lợi về nhiệt động lực diễn ra ở điều kiện môi trường xung quanh.
Trong plasma không nhiệt, nhiệt độ khí vẫn ở mức thấp (thấp như nhiệt độ phòng), trong khi các electron có năng lượng cao với nhiệt độ điện tử điển hình là 1-10 eV, đủ để kích hoạt các phân tử trơ (ví dụ CO2 và CH4) và tạo ra một loạt các loài phản ứng hóa học bao gồm các gốc, các nguyên tử kích hoạt, các phân tử và ion. Những loài năng lượng này, được tạo ra ở nhiệt độ tương đối thấp, có khả năng bắt đầu một loạt các phản ứng khác nhau.
Có thể tăng và giảm độ linh hoạt của các hệ thống plasma. Ngoài ra, tỷ lệ phản ứng cao và đạt được trạng thái ổn định nhanh chóng trong quá trình plasma giúp nhanh chóng khởi động và tắt quá trình plasma so với các quá trình nhiệt khác, nhờ đó làm giảm đáng kể chi phí năng lượng và cung cấp một lộ trình hứa hẹn cho quá trình plasma vận hành bằng năng lượng tái tạo (ví dụ gió và năng lượng mặt trời) để làm hệ thống lưu trữ năng lượng hóa học hiệu quả.
Quá trình hấp dẫn này còn có thể cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn để kết thúc việc đốt khí từ các giếng dầu và giếng khí thông qua việc chuyển đổi khí mêtan thành các nhiên liệu lỏng và các hóa chất có giá trị mà có thể dễ dàng cất giữ và vận chuyển. Khoảng 3,5% (~ 150 tỷ mét khối khí) nguồn khí thiên nhiên trên thế giới bị đốt cháy lãng phí, tại các mỏ dầu và khí thải, thải ra hơn 350 triệu tấn CO2.
Thanh Vân - Dostdongnai, theo ScienceDaily
