Nhóm nghiên cứu của Đại học Stanford đã phát triển một phương pháp sáng tạo và tiết kiệm năng lượng để nhanh chóng thu giữ carbon dioxide trong khí quyển bằng cách gia nhiệt các khoáng chất. Công nghệ này tăng cường quá trình phong hóa tự nhiên, cho phép hấp thụ carbon với tốc độ chưa từng có, và có thể kết hợp với nông nghiệp và công nghiệp. Điều này không chỉ giúp loại bỏ khí thải carbon mà còn cải thiện sự phát triển của cây trồng và sức khỏe của đất.
Mục lục
Công nghệ thu giữ carbon đột phá: chi phí thấp, hiệu suất cao
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Matthew Kanan, Khoa Hóa học, Trường Nhân văn và Khoa học, Đại học Stanford, đứng đầu đã phát triển một phương pháp kinh tế khả thi để loại bỏ vĩnh viễn carbon dioxide khỏi khí quyển. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature. Công nghệ của họ sử dụng quá trình xử lý nhiệt các khoáng chất thông thường để biến chúng thành vật liệu có tính phản ứng cao, có khả năng hấp thụ và lưu trữ carbon dioxide một cách tự nhiên.
Giáo sư Kanan cho biết: “Trái đất có nguồn khoáng sản dồi dào có thể loại bỏ carbon dioxide trong khí quyển, nhưng tốc độ phản ứng tự nhiên của chúng quá chậm để có thể bù đắp lượng khí nhà kính do con người thải ra. Nghiên cứu của chúng tôi đề xuất một giải pháp độc đáo và có thể mở rộng.”
Tăng tốc quá trình phong hóa để đạt được việc cố định carbon nhanh chóng Trong tự nhiên, các khoáng vật silicat phản ứng với nước và carbon dioxide qua quá trình phong hóa, tạo thành các ion carbonate và bicarbonate ổn định. Tuy nhiên, quá trình này có thể mất hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm. Kể từ thập niên 1990, các nhà khoa học đã tìm kiếm các công nghệ để tăng tốc quá trình phong hóa, nhằm nâng cao tốc độ hấp thụ carbon dioxide của đá.
Tiến sĩ Yuxuan Chen, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Stanford, cùng với Giáo sư Kanan đã phát triển một quy trình mới có thể chuyển đổi silicat bị phong hóa chậm thành các khoáng chất phản ứng hơn, nhằm nhanh chóng thu giữ và lưu trữ carbon trong khí quyển. Việc phát triển công nghệ này cũng nhận được sự hỗ trợ từ Chương trình Tăng tốc Phát triển Bền vững của Đại học Stanford.
“Chúng tôi đã đề xuất một phương pháp hóa học mới, sử dụng phản ứng trao đổi ion đơn giản để kích hoạt các khoáng chất silicat trơ, và kết quả cho thấy hiệu quả của nó còn tốt hơn so với dự kiến của chúng tôi.” Tiến sĩ Chen cho biết.
Lấy cảm hứng từ quá trình sản xuất xi măng, công nghệ thu giữ carbon hiệu quả hơn.
Công nghệ này được lấy cảm hứng từ quy trình sản xuất xi măng truyền thống. Bước đầu tiên trong sản xuất xi măng là nung đá vôi ở nhiệt độ khoảng 1.400°C để chuyển đổi thành oxit canxi. Nhóm nghiên cứu của Stanford đã áp dụng phương pháp tương tự, nhưng thay vì trộn với cát, họ kết hợp oxit canxi với các khoáng chất chứa magiê và silicat. Sau khi xử lý ở nhiệt độ cao, hỗn hợp này tạo thành oxit magiê và silicat canxi, có khả năng phản ứng nhanh với khí carbon dioxide axit trong không khí.
Khi tiếp xúc với carbon dioxide, các khoáng chất này sẽ phản ứng nhanh chóng và chuyển hóa thành các khoáng chất carbonate ổn định. Ở điều kiện nhiệt độ phòng, các vật liệu này chỉ cần hai giờ để hoàn toàn cacbon hóa. Trong các thử nghiệm gần với điều kiện thực tế hơn, các mẫu ẩm tiếp xúc với không khí có thể hoàn thành quá trình cacbon hóa trong vòng vài tuần đến vài tháng, với tốc độ nhanh hơn hàng nghìn lần so với quá trình phong hóa tự nhiên.
Ứng dụng trong nông nghiệp và công nghiệp, kết hợp giữa bảo vệ môi trường và hiệu quả kinh tế.
Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi, không chỉ có thể thu giữ carbon dioxide trên diện tích đất rộng lớn mà còn có thể áp dụng trong nông nghiệp để cải thiện chất lượng đất. “Nông dân thường sử dụng canxi cacbonat để điều chỉnh độ pH của đất, trong khi vật liệu của chúng tôi không chỉ có thể thay thế vôi mà còn giải phóng nguyên tố silic có thể được cây trồng hấp thụ, từ đó nâng cao năng suất và khả năng chống chịu,” Giáo sư Kanan giải thích.
Ngoài ra, công nghệ này còn có thể tích hợp với các thiết bị sản xuất xi măng hiện có, sử dụng lò công nghiệp để sản xuất hàng loạt các khoáng chất phản ứng, từ đó giảm thêm chi phí và nâng cao tính ứng dụng.
Mở rộng quy mô: Từ phòng thí nghiệm đến tầm ảnh hưởng toàn cầu
Hiện tại, phòng thí nghiệm của nhóm nghiên cứu Stanford có thể sản xuất khoảng 15 kg vật liệu mỗi tuần, nhưng để đạt được quy mô ảnh hưởng toàn cầu, cần sản xuất hàng triệu tấn oxit magiê và silicat canxi mỗi năm. Nhóm nghiên cứu dự định sử dụng quặng thải từ ngành khai thác mỏ làm nguyên liệu, chẳng hạn như olivine và serpentine, những khoáng vật này có trữ lượng dồi dào và mỗi năm trên toàn cầu sản sinh ra hơn 400 triệu tấn bùn thải mỏ phù hợp, cung cấp nguồn nguyên liệu tiềm năng cho ứng dụng quy mô lớn. Ước tính Trái Đất có trữ lượng olivine và serpentine vượt quá 10 nghìn tỷ tấn, đủ để loại bỏ vĩnh viễn lượng carbon dioxide thải ra từ hoạt động của con người và nhiều hơn thế nữa.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng, sau khi tính toán lượng khí thải carbon do việc đốt khí đốt tự nhiên hoặc nhiên liệu sinh học để cung cấp năng lượng cho lò nung, mỗi tấn vật liệu phản ứng vẫn có thể loại bỏ khoảng 1 tấn carbon dioxide. Trong khi đó, lượng khí thải từ nhiên liệu hóa thạch trên toàn cầu dự kiến sẽ vượt quá 370 tỷ tấn vào năm 2024. Nếu công nghệ này được áp dụng trên quy mô lớn, nó sẽ có tác động đáng kể trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu.
Hướng tới tương lai không carbon: Phát triển công nghệ lò điện
Để giảm thiểu dấu chân carbon, Giáo sư Kanan đã hợp tác với Phó Giáo sư Jonathan Fan của Khoa Kỹ thuật Điện Stanford để phát triển lò nung sử dụng năng lượng điện thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch. “Hiện nay, chúng ta đã biết cách sản xuất hàng tỷ tấn xi măng mỗi năm, và lò nung xi măng có thể hoạt động trong hàng chục năm.” “Nếu chúng ta tận dụng kiến thức và thiết kế này, thì sẽ có một con đường rõ ràng từ phát hiện trong phòng thí nghiệm đến việc loại bỏ carbon quy mô lớn,” Giáo sư Kanan cho biết.
Nếu có thể thành công trong việc thúc đẩy ứng dụng công nghiệp hóa, điều này sẽ trở thành một bước đột phá quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, giúp nhân loại tiến tới một tương lai bền vững hơn.
Tài liệu tham khảo
- Đại học Stanford phát hiện ra một giải pháp chi phí thấp để biến đá thông thường thành công cụ thu giữ carbon.
- Stanford Scientists Just Found a Faster, Cheaper Way to Store Carbon Permanently
- Reference: “Thermal Ca2+/Mg2+ exchange reactions to synthesize CO2 removal materials” by Yuxuan Chen, and Matthew W. Kanan, 19 February 2025, Nature.DOI: 10.1038/s41586-024-08499-2
（首圖來源：Bill Rivard / Precourt Institute for Energy）
Về mài mòn: Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ theo nhu cầu gia công, nhằm đạt hiệu quả tối đa.
Hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Nếu cần báo giá tùy chỉnh, hãy liên hệ với chúng tôi.
Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, từ 09:00 đến 18:00.
phone：07 223 1058
Nếu có chủ đề muốn tìm hiểu hoặc không thể nói rõ qua điện thoại, hãy nhắn tin trực tiếp qua Facebook nhé~~
honway fb：https://www.facebook.com/honwaygroup
Các bài viết mà bạn có thể quan tâm…
[wpb-random-posts]
