Biến khí ô nhiễm thành năng lượng sạch

Một số công nghệ đã nổi lên trong những năm gần đây để biến gánh nặng của các thành phố lớn trở thành một thế mạnh cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Làm thế nào điều này có thể xảy ra và đâu là những đổi mới trong tiến trình này?

Giếng carbon tại Poissy (ngoại ô Paris).

Giếng carbon

Tập đoàn Suez và Công ty Fermentalg là những doanh nghiệp đầu tiên trên thế giới tạo ra một hệ thống thu giữ CO2, các hạt bụi siêu nhỏ và NO2 từ trong không khí bằng vi tảo.

Quá trình này bao gồm nuôi cấy vi tảo đơn bào trong một tháp chứa đầy nước. Quá trình quang hợp sau đó bắt đầu và tảo thu giữ CO2 hiện diện trong khí quyển. Quang hợp là hiện tượng cây xanh sử dụng năng lượng mặt trời và CO2. Khi hai yếu tố này được lưu giữ trong tảo tạo thành một sinh khối, người ta tiến hành đưa số tảo đang “giam giữ CO2” đến một nhà máy xử lý. Sinh khối này sẽ tạo ra khí biogas. Năng lượng xanh đó sau khi qua xử lý có thể được bơm vào mạng cung cấp lưới khí của thành phố. Công nghệ này được gọi là “giếng carbon”.

Pháp đang thử nghiệm công nghệ này. Nhà máy xử lý SIAAP tại Paris thử nghiệm năm 2016. Tại đây, mỗi năm có khoảng 1 tấn CO2 được thu giữ thông qua hệ thống giếng carbon. Nơi thử nghiệm thứ hai được hình thành vào năm 2017 tại quảng trường Alésia, ở Paris. Giếng carbon này có thể hấp thụ đến 10.000 tấn CO2.

Sau hai thử nghiệm trên, ngày 22/5/2018, Pháp xây dựng một giếng carbon tại Poissy (ngoại ô Paris). Giếng cao 4m và chứa từ 350-400 lít nước và vi tảo. Chính quyền Paris đã kiểm tra kỹ hệ thống này trước khi mua lại của Tập đoàn Suez. Chính quyền Paris dự định mở rộng mô hình này ra toàn thành phố.

Xúc tác quang hóa

Tình trạng ô nhiễm môi trường không khí bởi bụi, hóa chất độc hại, vi khuẩn và virus trong các bệnh viện, các tòa nhà công cộng, nhà xưởng sản xuất, thậm chí cả nhà ở, trường học quanh các khu công nghiệp... đang ngày càng trở nên bức xúc ở nhiều nước trên thế giới. Vì vậy việc xử lý không khí là yêu cầu ngày càng cao và có nhiều phương pháp.

Các công nghệ làm sạch không khí đang được dùng hiện nay như hấp phụ, phân chia (màng lọc, thổi không khí) và phá hủy (ozon hóa, clo hóa) đều có điểm yếu. Khi sử dụng công nghệ phân chia, chất bẩn tích tụ trên bề mặt màng lọc để rồi từ đó thải ngược vào môi trường. Nếu thổi bằng không khí, chất ô nhiễm lại phát tán ra không gian. Các phương pháp xử lý ô nhiễm trên cơ sở sử dụng các chất sát trùng hóa học (clo, ozon, iot...) thường tốn kém và có nguy cơ hình thành sản phẩm phụ độc hại với con người.

Các nghiên cứu khoa học gần đây cho thấy một phương pháp xử lý mới mang tính đột phá: Xúc tác quang hóa. Phương pháp này nằm trong loại phá hủy, không yêu cầu các tác nhân khác, chỉ cần có mặt ôxy trong không khí. Vật liệu xúc tác quang hóa chủ yếu từ TiO2, Fe2O3, ZnO... trong đó TiO2 (Titan Dioxide) có hoạt tính xúc tác quang hóa cao nhất và là vật liệu rẻ tiền, không độc hại với sức khỏe con người.

Cơ chế xúc tác quang hóa của nano TiO2 đã được khoa học làm sáng tỏ từ lâu: Dưới tác dụng của tia UV, điện tử di chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn tạo ra cặp điện tử và lỗ trống, các cặp điện tử - lỗ trống này tương tác với các phần tử hấp phụ trên bề mặt chất bán dẫn (thường là các chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại hoặc vi khuẩn) phân hủy chúng như phản ứng ôxy hóa khử. Các chất độc hại và vi khuẩn bị phân hủy tạo thành nước và CO2. Như vậy việc xử lý không khí trở nên triệt để và không có nguy cơ gây tác dụng phụ thứ cấp. Do những đặc điểm ưu việt nổi trội đó, một số công ty đã chế tạo thành công các thiết bị làm sạch không khí trên cơ sở tính chất xúc tác quang hóa của nano TiO2.

Các nhà nghiên cứu Bỉ đang phát triển một quy trình mới để sản xuất năng lượng từ khí ô nhiễm để vận hành những chiếc xe thân thiện với môi trường. Quá trình này được gọi là xúc tác quang hóa không đồng nhất. Đó là việc chuyển không khí bị ô nhiễm thành khí hydro. Công nghệ mới này chỉ ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng các nhà nghiên cứu muốn phát triển nó để biến đổi một lượng lớn không khí ô nhiễm thành hydro và sử dụng trong lĩnh vực năng lượng trên quy mô công nghiệp.

Ngoài lợi thế làm sạch không khí, hệ thống này chủ yếu tạo ra hydro. Đây chính là một sự sáng tạo bởi hydro đang gặp khó khăn để khẳng định vị thế ở châu Âu trong khi việc sản xuất hydro có nhiều ưu điểm: Không gây ô nhiễm vì chỉ giải phóng nước. Hydro là một loại khí sạch có thể được sử dụng dưới dạng nhiên liệu. Hydro có thể được biến thành chất lỏng, một dạng dễ dàng hơn để lưu trữ và vận chuyển.

Sau nhiều năm nghiên cứu, các giải pháp sáng tạo đang nổi lên để tạo ra năng lượng sạch. Hai công nghệ được trình bày ở trên có lợi thế là góp phần giảm lượng khí nhà kính, ngày càng có nhiều trong khí quyển.


  • 19/11/2018 11:16
  • Nguồn: petrotimes.vn