Trung Quốc phát triển phương pháp mới tạo ra 98% oxy từ CO2

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Nam Kinh (Trung Quốc) vừa công bố một thiết bị điện hóa mới có khả năng phân tách trực tiếp carbon dioxide (CO2) thành carbon và oxy nguyên chất. Kỹ thuật này hứa hẹn sẽ mang lại lợi ích trong việc sản xuất oxy hiệu quả trong những môi trường khắc nghiệt, như dưới nước trên Trái Đất và thậm chí trên sao Hỏa.

Tỷ lệ chuyển hóa CO2 thành O2 mà các nhà khoa học Trung Quốc đạt được là rất ấn tượng.

Điểm đặc biệt của thiết bị này là nó không yêu cầu điều kiện áp suất và nhiệt độ nghiêm ngặt thường cần thiết cho các phản ứng tương tự. Nếu nguồn điện được cung cấp từ năng lượng tái tạo, phương pháp này sẽ mở ra hướng đi mới cho tính trung hòa carbon.

Với những lợi ích mang lại, đây là một giải pháp thực tiễn giúp kiểm soát sản xuất oxy từ CO2, với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ khám phá Sao Hỏa, cung cấp oxy cho bộ đồ phi hành gia, đến hỗ trợ sự sống dưới nước, mặt nạ thở, lọc không khí trong nhà và xử lý chất thải công nghiệp.

Thực vật sử dụng quá trình quang hợp để chuyển đổi CO2 thành oxy và glucose, phụ thuộc vào các nguyên tử hydro làm tác nhân trung gian. Trong nhiều năm qua, các nhà khoa học đã gặp khó khăn trong việc tái tạo phản ứng này một cách nhân tạo trong điều kiện bình thường. Vì vậy đột phá mới từ các nhà khoa học Trung Quốc thực sự rất hứa hẹn, đặc biệt khi phương pháp mới này có khả năng sản xuất tới 98,6% oxy.

Để đạt thành tích này, nhóm nghiên cứu từ Đại học Nam Kinh đã hợp tác với Đại học Fudan nhằm phát triển một kỹ thuật mới sử dụng lithium làm chất trung gian chính để phân tách CO2. Thiết bị điện hóa mới được thiết kế với một catốt khí sử dụng chất xúc tác nano từ rutheni và coban, cùng với một anot kim loại lithium.

Vẫn chưa rõ tỷ lệ chuyển đổi ở môi trường sao Hỏa là ra sao.

Quá trình hoạt động của thiết bị diễn ra như sau: Khi CO2 được đưa vào catốt, nó trải qua quá trình khử điện hóa hai giai đoạn nhờ vào lithium. Đầu tiên, CO2 phản ứng với lithium để tạo thành lithium carbonate (Li2CO3). Sau đó, lithium carbonate này tiếp tục phản ứng, tạo ra lithium oxit (Li2O) và carbon nguyên tố. Cuối cùng, thông qua quá trình oxy hóa điện xúc tác, lithium oxit được chuyển đổi trở lại thành ion lithium, giải phóng khí oxy (O2) như một sản phẩm phụ.

Chất xúc tác được tối ưu hóa đã đạt được sản lượng oxy trên 98,6%. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng “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 phân tách CO2 mới này cũng cho thấy tính linh hoạt khi hoạt động hiệu quả không chỉ với CO2 nguyên chất mà còn với nhiều loại khí hỗn hợp, bao gồm khí thải mô phỏng và bầu khí quyển sao Hỏa mô phỏng.

Bầu khí quyển mỏng của sao Hỏa chủ yếu bao gồm CO2, với áp suất chỉ bằng một phần trăm so với áp suất khí quyển của Trái Đất. Để thử nghiệm công nghệ này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hỗn hợp khí gồm argon và nồng độ CO2 rất thấp (1%). Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu vẫn chưa công bố lượng oxy được tạo ra trong điều kiện giống như trên sao Hỏa.