Việc tái chế CO2 và tổng hợp nhiên liệu

(Cung cấp thêm một số thông tin cho chủ đề "Giải pháp giảm thiểu lượng khí CO2" của cuộc thi Đại sứ môi trường Bayer 2008"
Hơi lấn sân sang lĩnh vực khác nhưng cũng đều là vấn đề môi trường mà!)

Việc nỗ lực tìm kiếm một quy trình phản ứng hóa học mới giúp tái chế CO₂
và áp dụng vào lĩnh vực xăng dầu là một việc rất đáng quan tâm. Các nhà
nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, New Mexico, sẽ cho
tiến hành thử nghiệm thiết bị mẫu vào mùa xuân này. Thiết bị sẽ tập
trung năng lượng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học chia các
phân tử CO₂ thành CO. Hệ thống tương tự như vậy trước đây
được thiết kế để tách khí hydro ra từ nước, rồi từ hai sản phẩm đó tổng
hợp thành nhiên liệu, như methanol hay xăng dầu.


Việc phân chia các phân tử CO₂
bền vững rất khó khăn do đó nhiều nhà nghiên cứu đã nghĩ đến các hướng
kinh tế hơn như chôn xuống đất, thông qua cây xanh để phân hủy chúng,
tránh hiệu ứng nhà kính.

Nhưng nhóm Sandia, dẫn đầu bởi Jim
Miller, Nathan Siegel và Richard Diver, những người làm việc cho dự án
'Sunshine to Petrol' (S2P), nghĩ rằng thiết bị phản ứng hóa học của họ
có đủ khả năng để tạo ra một quy trình sản xuất hiệu quả các nhiên liệu
lỏng từ CO₂. Ellen Stechel, quản lý bộ phận chuyển đổi năng
lượng và nhiên liệu tại Sandia, giải thích rằng mục tiêu cuối cùng là
sẽ phát triển một loạt các lò phản ứng sử dụng năng lượng mặt trời, mỗi
lò hàng ngày sẽ sử dụng khoảng 22kg CO₂ và 18kg nước, và cho ra khoảng 2,5 gallon xăng dầu, tùy theo mục đích chuyển đổi

Một
hệ thống hoạt động hoàn chỉnh sẽ có sau 3 đến 5 năm nữa, Stechel phát
biểu, và để nó cho thấy giá trị thương mại thì còn phải lâu hơn. Lò
phản ứng của Sandia bao gồm các vòng xoay, làm bằng gốm ferrite (Fe₃O₄) bao bọc bởi cobalt. Ánh sáng mặt trời tập trung chiếu sáng vào một vòng, đốt nóng nó lên tới 1500 độ C và tách khí O₂ ra. Vật liệu bị lấy mất O₂ (FeO) quay vào trong buồng thứ hai có chứa CO₂,
lấy lại oxi tại nhiệt độ thấp hơn và bỏ lại khí CO. Quá trình sẽ quay
trở lại tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, lặp thành một vòng tuần hoàn
của việc phân tách khí CO₂.
[/center]

[/center]

Vòng tuần hoàn hóa học đơn giản đó cũng phân tách nước thành khí hydro và
oxi. Nhưng nó chỉ hợp lý để áp dụng trên một quy mô lớn hơn khi có một
bí quyết kỹ thuật nhỏ giúp giữ nhiệt cho hệ thống. Thiết bị phản ứng sẽ
giữ các cụm vòng xoay đó và điều khiển nó xoay theo các hướng đối diện
nhau, do đó những vòng đã được gia nhiệt bởi mặt trời sẽ gia nhiệt cho
các vòng khác có nhiệt độ thấp hơn. Sự sắp đặt này giúp giảm thiểu được
mức năng lượng mặt trời cần thiết.

Stechel phát biểu, đến giờ này, các nhà nghiên cứu đã cho thấy được một phần của quá trình trên,
nhưng họ cần đẩy nhanh tốc độ các phản ứng để quá trình liên tục và có
hiệu quả hơn. Nhóm Sandia cho rằng hệ thống của họ là một trong những
quá trình hứa hẹn để phân tách CO₂ cho lĩnh vực nhiên liệu.
Họ có một vài đối thủ, như công ty Los Alamos Renewable Energy (LARE),
cũng khẳng định trực tiếp việc dùng năng lượng mặt trời với nhiệt độ
cao để phân tách CO₂; như những nhà khoa học khác đang tìm kiếm những chất xúc tác thích hợp,
hoặc sử dụng các phương pháp tách điện phân.
Theo Stechel, tóm lại, nếu như việc phân tách CO₂ là khả thi, thì thật khó để tìm ra
phương pháp nào tốt hơn việc sử dụng nhiệt động lực học và động lực học.

Quang Dũng
Theo RCS
hoahocvietnam.com

Khi ta đốt cháy một tờ giấy hay khúc củi, trong chất bay lên có khí
cacbonic. Quá trình đốt cháy các chất hữu cơ, quá trình thối rữa của
các xác sinh vật, quá trình nung vôi, lên men rượu, men bia… đều sinh
ra khí cacbonic. Trong hơi thở của các sinh vật có 4% khí cacbonic.
Việc phát hiện ra khí này ở thế kỷ thứ 16 đã mở ra một ngành mới của
hóa học thời bấy giờ, gọi là hóa học các chất khí.
Đây là một khí không màu, không mùi, vị hơi chua và nặng gấp rưỡi không
khí. Một lít nước hòa tan gần một lít khí cacbonic ở điều kiện thường.
Khi hòa tan trong nước nó truyền cho nước vị chua nhẹ. Bởi vậy một công
dụng rất phổ biến của khí cacbonic là nén vào các đồ uống như nước hoa
quả, cocacola, nước khoáng, bia…

Khí cacbonic không duy trì
sự sống và sự cháy. Lợi dụng tính chất này người ta dùng khí cacbonic
để dập tắt đám cháy và nén khí cacbonic vào những chất lỏng dễ bắt lửa
để bảo quản chúng.

Khi nén người ta được tuyết cacbonic (còn
gọi là nước đá khô) dùng làm chất làm lạnh, bảo quản thực phẩm. Nó có
khả năng làm lạnh gấp đôi nước đá thường và khác với nước đá thường ở
chổ khi bay hơi không để lại gì cả.

Trong công nghiệp, khí
cacbonic là nguyên liệu đầu để sản xuất soda, một nguyên liệu không thể
thay thế được trong công nghiệp thủy tinh, và là nguyên liệu trung gian
để sản xuất phân đạm urê.

Khí quyển của trái đất chứa 0,03%
thể tích khí cacbonic. Tuy không độc nhưng khi hàm lượng vượt quá 4% nó
có hại cho sức khỏe, vì tan nhiều trong máu, tác dụng lên trung ương
thần kinh. Khi hàm lượng cao hơn nữa, nó gây rối loạn các hoạt động của
cơ thể. Khí quyển có 10% khí cacbonic sẽ làm người nhanh chóng bị mất
trí và có thể chết vì ngừng thở.

Động vật hít thở oxy từ không khí, dùng oxy đốt cháy các chất dinh
dưỡng ở trong cơ thể thành khí cacbonic và nước. Nhiệt phát sinh trong
quá trình đốt chấy cung cấp năng lượng cho cuộc sống sinh vật. Như vậy
trong quá trình sống động vật hấp thụ oxy của khí quyển và thải khí
cacbonic, nhờ vậy đã bù đắp lại quá trình hấp thụ khí cacbonic, và thải
khí oxy của thực vật. Vì thế hàng triệu năm nay hàm lượng tring bình
của khí cacbonic trong khí quyển không thay đổi đáng kể (0,03% thể
tích). Khí quyển của sao kim, một hành tinh gần trái đất nhất thiếu oxy
và hơi nước nhưng lại có nhiều khí cacbonic hơn. Có lẽ sao kim gần
giống với trái đất chúng ta ở thời đại chưa có thảm thực vật.

Tuy không màu, nghĩa là không hấp thụ các tia sáng mặt trời ở trong
vùng bức xạ nhiệt. Khí cacbonic cũng như hơi nước để cho các bức xạ
nhiệt từ mặt trời đến mặt đất có bước sóng dưới 12.000 nm đi qua khá dê
dàng nhưng lại hấp thụ mạnh những bức xạ phản hồi từ mặt đất có bước
sóng trên 14.000 nm rồi phát trả lại mặt đất, làm cho trái đất ấm lên.
Nếu trong khí quyển mà chúng ta đang sống không có khí cacbonic thì
nhiệt độ ở mặt đất thấp hơn hiện tại 21^oC. Ngược lại, nếu hàm lượng khí cacbonic trong khí quyển tăng lên gấp đôi so với hiện tại thì nhiệt độ ở mặt đất tăng thêm 4^oC.
Trong các thời đại địa chất xa xưa, khí quyển chứa rất nhiều khí
cacbonic hơn nên nhiệt độ trung bình hàng năm ở trên mặt đất cao hơn
hiện tại 15^oC. Như vậy, về mặt hấp thụ bức xạ, lớp khí
cacbonic và hơi nước trong khí quyển giống như lớp thủy tinh trong nhà
kính trồng cây. Do đó, hiện tượng làm cho trái đất ấm lên được gọi là
hiệu ứng nhà kính.

Cần chú ý rằng nhiệt độ mặt đất chỉ cần nâng lên 1^oC
đã gây ảnh hưởng bất lợi cho sản xuất lương thực của thế giới. Lúc đó
cùng lúa mì ở vĩ độ Bắc sẽ dời chuyển dần từ Liên xô cũ và Canada đến
Bắc cực, nghĩa là từ vùng đất phì nhiêu đến cùng đất cằn cỗi. Năng suất
sinh học của đại dương sẽ giảm xuống.

Việc phá hoại rừng và
việc sử dụng nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện cũng như các nhà
máy khác không gây ảnh hường đáng kể đến hàm lượng oxy trong khí quyển
nhưng lại ảnh hưởng chồng chất đến việc tăng hàm lượng khí cacbonic làm
hiệu ứng nhà kính tăng lên. Mặc dù trong danh sách các chất khí gây ô
nhiễm môi trường người ta không nói đến khí cacbonic, nhưng nó có liên
quan rất mật thiết đến môi trường. Có thể nói hiểm họa khí cacbonic đối
với môi trường không kém gì hiểm họa của cuộc chiến tranh hạt nhân.
Chiến tranh hạt nhân có thể ngăn chặn, có lẽ nào hiện tượng tăng khí
cácbonic trong khí quyển lại không thể hạn chế được.