Nghiên cứu đá vôi thành công cụ thu giữ CO2 vĩnh viễn

Theo Giáo sư Matthew Kanan, tác giả chính của nghiên cứu nói trên Tạp chí khoa học Nature ngày 19/2 cho biết, Trái Đất có nguồn khoáng chất vô tận loại bỏ được CO_₂ khỏi khí quyển, nhưng quá trình phản ứng tự nhiên giữa các chất không đủ nhanh so với tốc độ phát thải của con người.

Trong tự nhiên, các khoáng chất silicate phản ứng với nước và CO_₂ trong khí quyển tạo thành hợp chất bicarbonate ổn định và khoáng chất carbonate thể rắn, một quá trình được gọi là phong hóa. Tuy nhiên, phản ứng này có thể mất hàng trăm đến hàng nghìn năm.

Kanan và cộng sự của ông, nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ Yuxuan Chen, học hỏi công nghệ từ quy trình sản xuất xi măng từ nhiều thế kỷ trước, phát triển một quy trình mới đẩy mạnh quá trình hấp thụ CO_₂ từ các khoáng chất tự nhiên. Với quy trình sản xuất xi măng truyền thống, đá vôi được nung ở 1.400°C, chuyển hóa thành calcium oxide (CaO), rồi trộn với cát để tạo ra thành phần chính trong xi măng.
 

Giáo sư Matthew Kanan và Yuxuan Chen (bên trái) cầm một số vật liệu lưu giữ CO_₂ trong phòng thí nghiệm.
 

Thay vì dùng cát, hai nhà hóa học của Stanford kết hợp CaO với một loại khoáng chất khác chứa magie (Mg) và silicate. Khi được nung nóng, hai loại khoáng chất này phản ứng và chuyển thành MgO và canxi silicate (Ca₂O₄Si), hai loại kiềm phản ứng mạnh với CO_₂ có tính axit trong không khí. Ở nhiệt độ phòng, khi để MgO và Ca₂O₄Si tiếp xúc với nước và CO_₂ tinh khiết, chúng chuyển hóa hoàn toàn trong vòng hai giờ. Sau phản ứng, carbon từ CO_₂ bị giữ lại trong hợp chất mới.

Các nhà hóa học cũng thử nghiệm đặt hai khoáng chất kiềm nói trên ở dạng ướt, tiếp xúc trực tiếp với không khí tự nhiên, môi trường có nồng độ CO_₂ thấp hơn nhiều so với CO_₂ tinh khiết từ bể chứa thí nghiệm. Trong thử nghiệm này, phản ứng hóa học mất nhiều tuần và nhiều tháng, vẫn nhanh hơn hàng nghìn lần so với quá trình tự nhiên.

Sau khi bù trừ lượng khí thải từ việc đốt lò nung, họ ước tính mỗi tấn vật liệu có thể loại bỏ một tấn CO_₂ khỏi khí quyển. Kanan đang hợp tác với một nhà khoa học khác để phát triển lò nung chạy điện thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch. Nghiên cứu này đang được tài trợ từ bộ phận thúc đẩy phát triển bền vững của Đại học Stanford để đưa vào thực tiễn.

Mỗi năm, hơn 400 triệu tấn chất thải mỏ có silicate phù hợp được tạo ra trên toàn thế giới, cung cấp nguồn nguyên liệu thô tiềm năng để loại bỏ CO_₂, Chen nói. Nhà khoa học này tính toán trữ lượng hiện tại đủ để loại bỏ vĩnh viễn CO_₂ nhiều hơn lượng con người từng thải ra.

Nhóm nghiên cứu cũng đang thử nghiệm rải hai hợp chất này trên đất nông nghiệp. Kết thúc phản ứng, các khoáng chất chuyển hóa thành bicarbonate, có thể đi vào lòng đất và chôn vĩnh viễn trong đại dương. Phương pháp này hữu ích cho nông dân khi cần tăng kiềm cho đất (tương tự bón vôi).

Những giải pháp nhằm kiểm soát bầu khí quyển thường gây tranh cãi. Nhưng những năm gần đây, các nhà khoa học từ Liên Hợp Quốc cho rằng giải pháp này là không thể tránh khỏi để ngăn tình trạng nóng lên toàn cầu ở mức độ nguy hiểm, theo Washington Post. Bên cạnh các công nghệ loại bỏ vĩnh viễn CO_₂ khỏi khí quyển, giới chuyên gia cho rằng cần cắt giảm hơn nữa tình trạng sử dụng nhiên liệu hóa thạch để ngăn tình trạng nóng lên toàn cầu.
 

VLXD.org (TH/ Science Daily, Stanford)