Sẽ rất tuyệt vời nếu biến CO2 - khí gây hiệu ứng nhà kính thành Ethanol dùng trong nhiên liệu sinh học và phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã làm được điều này nhờ một chất xúc tác nano. Quy trình chuyển đổi CO2 thành Ethanol theo cách của ORNL không chỉ rẻ, hiệu quả mà còn có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng.
Các nhà nghiên cứu tại ORNL phát hiện ra quy trình này khá tình cờ, theo kiểu bắn gà trúng chim theo mô tả của Adam Rondinone lãnh đạo nhóm nghiên cứu. Đây là một quy trình xử lý điện hóa, trong đó họ sử dụng một chất xúc tác có thành phần gồm carbon, đồng và nitrogen. Sau đó họ đặt vào một dòng điện để kích thích một phản ứng hóa học phức tạp nhằm đảo ngược quá trình đốt sinh CO2. Với sự hỗ trợ của chất xúc tác nano chứa nhiều chuỗi phản ứng, dung dịch CO2 đã được phân giải trong nước và chuyển đổi thành ethanol với hiệu suất 63%. Thông thường, dạng phản ứng điện hóa này sẽ tạo ra một hỗn hợp gồm nhiều sản phẩm khác nhau với hàm lượng thấp. Rondinone cho biết: "Ethanol là một kết quả đáng ngạc nhiên, thật sự rất khó để chuyển đổi thẳng CO2 thành ethanol với chỉ một chất xúc tác duy nhất."
Các hạt nano đồng (hình cầu) nằm trên các các cột nhọn bằng carbon.
Điều tạo nên bất ngờ này nằm ở cấu trúc nano của chất xúc tác, nó bao gồm những hạt nano đồng nhúng vào các cột nhọn bằng carbon nằm trên một tấm film mỏng. Các cột nhọn được sắp xếp ngẫu nhiên, mỗi cột có chiều dài từ 50 đến 80 nm và nó bao gồm nhiều lớp carbon xếp lên và chuốt nhọn đến phần đỉnh rộng chỉ khoảng 2 nm. Toàn bộ cấu trúc này được chế tạo bằng một kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học đơn giản với chất phản ứng là acetylene và ammonia.
Các cột nhọn này đóng vai trò như các điện cực, khi đặt vào một dòng điện có điện áp khoảng 1,2 V, phản ứng điện hóa xảy ra với sản phẩm là một lượng lớn electron CO2 bị nhị trùng hóa (một phản ứng hóa học trong đó 2 tiểu đơn vị phân tử được gắn kết vào nhau) chuyển thành ethanol.
Nhà nghiên cứu Adam Rondinone (đứng, áo xanh) cùng các thành viên của nhóm nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu tin rằng việc sử dụng các vật liệu quen thuộc như carbon, đồng sẽ khiến kỹ thuật của họ trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế so với các vật liệu đắt tiền như platinum. Thêm vào đó, quy trình này có thể được thực hiện ngay tại nhiệt độ phòng, do đó các nhà nghiên cứu cho rằng có thể dễ dàng tăng quy mô hướng đến thương mại hóa và thậm chí trong các hệ thống lưu trữ năng lượng thay thế, phần điện năng dư thừa từ các tuabin gió hay pin mặt trời có thể được dùng để sản xuất nhiên liệu lỏng như xăng sinh học.
Theo Rondinone: "Một quy trình như vậy sẽ cho phép bạn tiêu thụ điện năng dư thừa (nếu có) để sản xuất và lưu trữ ethanol. Điều này sẽ tạo sự cân bằng cho một hệ thống năng lượng tái tạo liên tục." Nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch tinh chỉnh quy trình này để cải thiện hiệu quả chuyển đổi và tìm hiểu sâu hơn về các tính chất và hoạt động của chất xúc tác nói trên.
Các nhà nghiên cứu tại ORNL phát hiện ra quy trình này khá tình cờ, theo kiểu bắn gà trúng chim theo mô tả của Adam Rondinone lãnh đạo nhóm nghiên cứu. Đây là một quy trình xử lý điện hóa, trong đó họ sử dụng một chất xúc tác có thành phần gồm carbon, đồng và nitrogen. Sau đó họ đặt vào một dòng điện để kích thích một phản ứng hóa học phức tạp nhằm đảo ngược quá trình đốt sinh CO2. Với sự hỗ trợ của chất xúc tác nano chứa nhiều chuỗi phản ứng, dung dịch CO2 đã được phân giải trong nước và chuyển đổi thành ethanol với hiệu suất 63%. Thông thường, dạng phản ứng điện hóa này sẽ tạo ra một hỗn hợp gồm nhiều sản phẩm khác nhau với hàm lượng thấp. Rondinone cho biết: "Ethanol là một kết quả đáng ngạc nhiên, thật sự rất khó để chuyển đổi thẳng CO2 thành ethanol với chỉ một chất xúc tác duy nhất."
Các hạt nano đồng (hình cầu) nằm trên các các cột nhọn bằng carbon.
Điều tạo nên bất ngờ này nằm ở cấu trúc nano của chất xúc tác, nó bao gồm những hạt nano đồng nhúng vào các cột nhọn bằng carbon nằm trên một tấm film mỏng. Các cột nhọn được sắp xếp ngẫu nhiên, mỗi cột có chiều dài từ 50 đến 80 nm và nó bao gồm nhiều lớp carbon xếp lên và chuốt nhọn đến phần đỉnh rộng chỉ khoảng 2 nm. Toàn bộ cấu trúc này được chế tạo bằng một kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học đơn giản với chất phản ứng là acetylene và ammonia.
Các cột nhọn này đóng vai trò như các điện cực, khi đặt vào một dòng điện có điện áp khoảng 1,2 V, phản ứng điện hóa xảy ra với sản phẩm là một lượng lớn electron CO2 bị nhị trùng hóa (một phản ứng hóa học trong đó 2 tiểu đơn vị phân tử được gắn kết vào nhau) chuyển thành ethanol.
Nhà nghiên cứu Adam Rondinone (đứng, áo xanh) cùng các thành viên của nhóm nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu tin rằng việc sử dụng các vật liệu quen thuộc như carbon, đồng sẽ khiến kỹ thuật của họ trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế so với các vật liệu đắt tiền như platinum. Thêm vào đó, quy trình này có thể được thực hiện ngay tại nhiệt độ phòng, do đó các nhà nghiên cứu cho rằng có thể dễ dàng tăng quy mô hướng đến thương mại hóa và thậm chí trong các hệ thống lưu trữ năng lượng thay thế, phần điện năng dư thừa từ các tuabin gió hay pin mặt trời có thể được dùng để sản xuất nhiên liệu lỏng như xăng sinh học.
Theo Rondinone: "Một quy trình như vậy sẽ cho phép bạn tiêu thụ điện năng dư thừa (nếu có) để sản xuất và lưu trữ ethanol. Điều này sẽ tạo sự cân bằng cho một hệ thống năng lượng tái tạo liên tục." Nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch tinh chỉnh quy trình này để cải thiện hiệu quả chuyển đổi và tìm hiểu sâu hơn về các tính chất và hoạt động của chất xúc tác nói trên.
Theo: ORNL
