Phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu nhân tạo

Phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu nhân tạo

Những chiếc xe thải khí nhà  kính như hiện nay sẽ không bao giờ thân thiện với môi trường. Nhưng công nghệ sản xuất máy biến tần giá rẻ mới tận dụng nguồn năng lượng mặt trời sẽ làm lượng các-bon thải ra bởi xe hơi trở nên trung hòa hơn.
Một đội nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia ở Albuquerque, New Mexico,đang phát triển một công nghệ cho phép tạo ra nguyên liệu để sản xuất các loại nhiên liệu nhân tạo từ những khí chứa cacbon. Hệ thống dựa trên cerium oxit này có thể biến đổi CO2 thành CO, và có thể chuyển nước thành khí H2.

Tất cả  đều đến từ mặt trời.

Cỗ máy này có tên gọi CR5 (Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator) bao gồm hai khoang bị ngăn cách những vòng cerium oxit. Khi những vòng này quay, một tấm gương parabol lớn sẽ tập trung năng lượng mặt trời vào một phía, nung nóng nó đến 1500oC và khiến lớp cerium oxit ở đó giải phóng khí oxy vào một trong hai khoang trên rồi tuôn ra sau đó mua bán máy biến tần.


Khi chiếc vòng này tiếp tục quay, nó làm mát chiếc vòng làm nhiệm vụ phân giải oxy còn lại trước khi nó tiếp tục xoay sang khoang khác. CO2 được bơm vào khoang thứ hai trước khi bị cerium tước mất oxy nguyên tử biến thành CO2 và cerium oxit.

Hệ thống này cũng hoạt  động với nước, và sẽ giải phóng khí hidro

Những thí nghiệm với hệ  thống 14 vòng được thực hiện vào cuối năm ngoái cho thấy hệ thống này thực sự giải phóng khí  CO, tuy nhiên thất bại trong một vài phần khiến thiết bị này chỉ hoạt động liên tục được trong vài giây.

Lớn hơn và  tốt hơn

Đội thí nghiệm đang nỗ lực làm việc nhằm tăng cường độ tin cậy bằng việc xây dựng một lò phản ứng lớn hơn với 28 vòng xoay. Theo James Miller – nhà hóa học về sự cháy ở Sandia cho biết: Hệ thống giờ đây có thể xử lí nhiều CO2 và nước hơn.

Một khi hệ thống này đã có thể tạo ra lượng CO2 hay Hidro ổn định, hoàn toàn có thể biến những khí này thành nhiên liệu dạng lỏng nhờ một công nghệ chẳng hạn như quá trình Fischer – Tropsch được phát triển tại Đức vào năm 1920. Hai loại khí này được nung nóng, có thép làm xúc tác để tạo ra nhiên liệu hidrocacbon.

Bắt đầu từ lượng khí CO2 lấy từ ống xả các nhà máy, giờ đây đội nghiên cứu có tham vọng sẽ trích xuất trực tiếp CO2 từ không khí, mặc dù họ vẫn chưa phát triển công nghệ trích xuất cacbon của riêng mình. Miller nói “Đó thực sự là một thử thách nữa, và chúng tôi đang cố gắng giải quyết thật tốt từng vấn đề một”

Hi vọng đến từ Zurich

Những khó khăn kể trên  được giải quyết bởi Aldo Steinfeld và đội của  ông ở Viện khoa học Thụy Sĩ, Zurich. Họ đã thiết lập một hệ thống cho phép trích xuất trực tiếp CO2 từ không khí để phục vụ cho quá trình trên.

Cùng sử dụng một gương parabol lớn nhằm tập trung năng lượng mặt trời vào một khoang – tuy nhiên lần này là Ando Steinfeld sử  dụng canxi oxit. Khi đạt đến nhiệt độ 400oC, không khí được đẩy vào khoang máy, và nhiệt tạo thành sẽ làm canxi oxit phản ứng với CO2 để tạo thành CaCO3

Sau đó, lượng CaCO3 trên được nung nóng đến 800oC và tại nhiệt độ này sẽ giải phóng luồng khí CO2 tinh khiết và quay lại canxi oxit như ban đầu.

Luồng khí CO2 này sau đó được bơm đến lò phản ứng thứ hai. Tại đây, bộ tập trung năng lượng mặt trời được sử dụng để nung nóng kẽm oxit đến 1700oC giải phóng oxy nguyên tử, tạo thành kẽm kim loại. Sau đó, nhiệt độ bị giảm dần để bơm CO2 và không khí vào; hỗn hợp này sẽ phản ứng với kẽm nguyên chất để tạo thành syngas, hỗn hợp của hidro và CO – và lại tạo thành kẽm oxit một lần nữa. Thí nghiệm đã được thực hiện với công suất 10 – kW, và sẽ được thử nghiệm với công suất 100 – kW vào năm sau.

Tìm cách mua ban may bien tan sử dụng nguồn năng lượng mặt trời nên được ưu tiên cao nhất trong lĩnh vực nghiên cứu năng lượng sạch, theo Ken Caldeira từ  viện nghiên cứu Carnegie thuộc đại học Stanford, California. “Lĩnh vực này đem lại hi vọng to lớn về một công nghệ có thể sản xuất một lượng lớn năng lượng trung hòa cacbon với một mức giá chấp nhận được, có thể được sử dụng bất cứ khi nào và bất cứ đâu”.

“Đây là một trong số rất ít công nghệ đem lại cuộc cách mạng thực sự cho thời đại chúng ta”