Các kỹ sư tại Đại học Delaware đã trình diễn thành công phương pháp loại bỏ 99% khí carbon dioxide ra khỏi không khí, thông qua một máy điện hóa tiên tiến sử dụng năng lượng từ hydro. Những đột phá lớn có thể dẫn đến các công nghệ pin nhiên liệu thân thiện với môi trường hơn trong tương lai.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yan Yushan đứng đầu đã công bố phương pháp thu giữ CO2 trên tạp chí Nature Energy.
Hình minh họa về cách thức hoạt động của hệ thống lọc CO2 hoạt động bằng hydro.
Pin nhiên liệu hoạt động theo phản ứng dây chuyền chuyển hóa năng lượng thành năng lượng điện. Chúng có thể trở thành cứu cánh cho các phương tiện sử dụng nhiều loại năng lượng cùng một lúc, hoặc giúp giảm lượng khí thải xe cộ.
Giáo sư Yan đã làm việc với các tế bào năng lượng màng trao đổi hydro (HEM) trong nhiều năm, cố gắng cải tiến nó để thay thế pin nhiên liệu axit được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, pin nhiên liệu HEM có một điểm trừ lớn: nó cực kỳ nhạy cảm với CO2 trong không khí. Về cơ bản, pin HEM không thể “thở” bình thường khi không khí dày đặc carbon dioxide.
Điểm yếu khiến pin nhiên liệu giảm tới 20% hiệu suất, khiến nhiên liệu sạch không còn tốt hơn nhiên liệu nữa. Trong 15 năm qua, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Yan đã tìm cách khắc phục khuyết điểm của công nghệ giàu tiềm năng.
“Khi chúng tôi nghiên cứu kỹ cơ chế, chúng tôi nhận ra rằng tế bào năng lượng hấp thụ phần lớn khí cacbonic tương tác với chúng, hơn nữa chúng còn phân tách [carbon dioxide] một cách rất hiệu quả, ”trợ lý giáo sư Brian Setzler, đồng tác giả của nghiên cứu mới cho biết.
Hiệu suất không phù hợp với một thiết bị lưu trữ năng lượng, nhưng nếu nhóm có thể tận dụng hết khả năng tự lọc carbon dioxide, thiết bị có thể trở thành một thiết bị tách CO2 hiệu quả.
Điều gì sẽ xảy ra nếu ô tô được trang bị hệ thống lọc CO2 hiệu quả đến 99%?
“Hóa ra cách làm này hoạt động rất hiệu quả. Chúng tôi có thể loại bỏ 99% lượng carbon dioxide trong không khí chỉ trong một bộ lọc, nếu chúng tôi thiết kế đúng mô hình và tinh chỉnh chức năng ”, Giáo sư Yan nói.
Nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách cung cấp năng lượng cho hệ thống điện hóa bằng cách xâm nhập vào màng ngăn cách hai thành phần tế bào năng lượng. Phương pháp này sẽ gây thiếu pin bên trong.
“Có những rủi ro, nhưng chúng tôi đã có thể kiểm soát ngắn mạch pin nhiên liệu bằng hydro. Và bằng cách sử dụng các bộ phân tách được nối tắt trước, chúng tôi có thể loại bỏ các thành phần quá khổ, chẳng hạn như tấm lưỡng cực, bộ thu dòng điện hoặc dây điện thường thấy trong các cụm pin nhiên liệu. ” , nhà nghiên cứu Shi Lin cho biết.
Hydro vẫn được mệnh danh là nhiên liệu sạch của tương lai.
Nhóm các nhà khoa học đã có trong tay một thiết bị điện hóa trông giống như một bộ lọc thông thường được sử dụng trong quá trình tách khí, nhưng với khả năng hấp thụ liên tục ngay cả một lượng khí carbon dioxide nhỏ nhất, thiết bị này có tiềm năng ứng dụng rất lớn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy một tế bào điện hóa có kích thước 5x5cm có thể loại bỏ tới 99% lượng khí cacbonic trong luồng không khí liên tục với tốc độ 2 lít / phút. Trong các thí nghiệm trước đây, một thiết bị có kích thước bằng lon nước ngọt có thể lọc 10 lít không khí mỗi phút, loại bỏ tới 98% khí CO2.
Theo trợ lý giáo sư Setzler, khi được thu nhỏ để lắp vào ô tô, thiết bị này sẽ có kích thước tương đương một chiếc can 5 lít. Tuy nhiên, ứng dụng của nó sẽ không dừng lại ở đó. Nó sẽ cung cấp các công nghệ lọc carbon dioxide nhẹ hơn, hiệu quả hơn để sử dụng trong các không gian kín như tàu ngầm hoặc người đi bộ ngoài không gian, những nơi yêu cầu hệ thống lọc không khí hiện đại. Dần dần, nó sẽ tìm được chỗ đứng trong máy bay dân dụng, các tòa nhà cao tầng hoặc nhiều công trình kiến trúc khác.
Nhà khoa học Setzler cho biết: “Chúng tôi có một số ý tưởng cho các ứng dụng dài hạn có thể thực sự giúp chúng tôi đến được tương lai đó. Giáo sư Yan Yushan thành lập công ty Versogen với mục đích nghiên cứu nhiên liệu hydro sạch, và sẽ mời Shi Lin tham gia nhóm khi nhà nghiên cứu này bảo vệ thành công luận án tiến sĩ.
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
