Carbon dioxide có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu?
1. Làm thế nào để chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu?
Đầu tiên, sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển đổi khí cacbonic và nước thành nhiên liệu. Các nhà nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời để phân tách carbon dioxide và nước để tạo ra các loại khí như hydro, carbon monoxide hoặc metan, sau đó được xử lý để chuyển chúng thành hóa chất có thể sử dụng làm nhiên liệu. Bằng cách này, các nhà khoa học đã thành công trong việc chuyển đổi carbon dioxide thành carbon monoxide, chất cần thiết cho phản ứng Zviack (Zviack).
Thứ hai, vi khuẩn được sử dụng để chuyển đổi carbon dioxide thành chất hữu cơ. Sử dụng vi sinh vật (bao gồm tảo, vi khuẩn…) để thực hiện quá trình quang hợp, chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, chuyển hóa carbon dioxide thành chất hữu cơ như đường để sản xuất nhiên liệu sinh khối. Ví dụ, các nhà nghiên cứu sử dụng tảo để chuyển đổi năng lượng mặt trời và carbon dioxide thành dầu và sinh khối khác để tạo ra những thứ như dầu diesel sinh học và xăng sinh học.
Cuối cùng, một phản ứng hóa học được sử dụng để chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu. Ví dụ, các nhà nghiên cứu sử dụng các phản ứng nhiệt hóa hoặc điện hóa để chuyển đổi carbon dioxide thành amoniac hoặc các chất hữu cơ khác, sau đó có thể được xử lý thành các hóa chất có thể sử dụng làm nhiên liệu. Ví dụ, quá trình khử điện hóa được sử dụng để chuyển đổi carbon dioxide thành axit chính thức hoặc các chất hữu cơ như axit formic, sau đó được tổng hợp tiếp thành nhiên liệu, v.v.
2. CO2 có thể chuyển hóa thành chất khác được không?
Những chất có thể chuyển hóa với khí cacbonic bao gồm thực vật, động vật, vi sinh vật và một số phản ứng hóa học.
Thực vật là cơ quan chuyển hóa carbon dioxide quan trọng nhất. Chúng chuyển đổi carbon dioxide thành chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp, do đó cung cấp năng lượng cần thiết cho sinh vật. Quang hợp là quá trình thực vật hấp thụ nước và carbon dioxide từ năng lượng mặt trời, sau đó sử dụng các nguyên tử carbon trong chúng để tạo ra đường và các chất hữu cơ khác, đồng thời giải phóng oxy. Những chất hữu cơ này được thực vật sử dụng làm nguyên liệu thô cho sự sinh trưởng và sinh sản của chúng, đồng thời thực vật cũng giải phóng carbon dioxide, do đó hoàn thành chu trình carbon dioxide.
Động vật và vi sinh vật cũng có thể chuyển đổi carbon dioxide thành oxy thông qua quá trình hô hấp, đặc biệt là một số sinh vật biển như rong biển, v.v., chúng có thể chuyển hóa một lượng lớn carbon dioxide thành chất hữu cơ, từ đó làm thay đổi môi trường biển.
Ngoài ra, một số phản ứng hóa học còn có thể chuyển hóa carbon dioxide thành các chất khác. Ví dụ, đốt than có thể chuyển đổi carbon dioxide thành sulfur dioxide và nước, và canxi cacbonat có thể chuyển đổi carbon dioxide thành canxi cacbonat, có thể được sử dụng để chế tạo các vật liệu như kim loại và xi măng. Ngoài ra, một số phản ứng hóa học còn có thể chuyển đổi carbon dioxide thành hydrocarbon, chẳng hạn như metan và sử dụng chúng cho nhiều mục đích khác nhau.
Tóm lại, thực vật, động vật, vi khuẩn và một số phản ứng hóa học đều có khả năng thay đổi môi trường bằng cách chuyển đổi carbon dioxide thành các chất khác.
3. Chúng ta có thể chuyển đổi CO2 trở lại thành than không?
Về lý thuyết thì cũng có thể.
Than đến từ đâu? Nó được sản xuất bởi thực vật chôn trong lòng đất. Nguyên tố cacbon trong thực vật đôi khi có nguồn gốc từ thực vật hấp thụ khí cacbonic trong không khí và biến chúng thành chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp. Vì vậy, với cùng số mol nguyên tử cacbon thì năng lượng của cacbon đioxit thấp hơn năng lượng của than. Do đó, trong tự nhiên, phản ứng đốt than để tạo ra carbon dioxide có thể diễn ra tự phát khi năng lượng ban đầu (chẳng hạn như đánh lửa) được thỏa mãn, nhưng quá trình biến carbon dioxide thành chất hữu cơ không thể diễn ra một cách tự nhiên mà phải trải qua quá trình quang hợp và năng lượng đến từ mặt trời.
Nếu nói về tinh chế nhân tạo, chúng ta có thể mô phỏng quá trình quang hợp và hình thành than. Tuy nhiên, không có lợi ích kinh tế nào cả.
4. CO2 có thể chuyển hóa thành khí tự nhiên không?
Đúng vậy, phương pháp hóa học tiêu tốn rất nhiều năng lượng nên cái được bằng cái mất.
Việc trồng cây, lợi dụng thiên nhiên để biến đổi mất nhiều thời gian, đòi hỏi sự nỗ lực lâu dài của mỗi người và những chính sách vững chắc, nhất quán, thiết thực và hiệu quả của Z-F để tăng cường thảm thực vật trên trái đất chứ không phải làm giảm đi. Sau khi thảm thực vật hấp thụ carbon dioxide, qua sự chuyển động của lớp vỏ trái đất, nó biến thành dầu, v.v. giống như thời cổ đại.
Ngoài ra còn có một loại ngũ cốc hấp thụ carbon dioxide, trực tiếp tạo ra rượu và khí sinh học từ ngũ cốc và rơm rạ, đây cũng là một sự biến đổi
5. Điều gì xảy ra khi carbon dioxide và hydro trộn lẫn với nhau?
Khí cacbonic và hydro có thể phản ứng để tạo ra các sản phẩm khác nhau trong các điều kiện phản ứng khác nhau:
1. Carbon dioxide và hydro phản ứng ở nhiệt độ cao tạo thành carbon monoxide và nước;
2. Carbon dioxide và hydro phản ứng dưới nhiệt độ cao và áp suất cao để tạo thành khí mê-tan và nước. Khí mê-tan là chất hữu cơ đơn giản nhất và là thành phần chính của khí tự nhiên, khí sinh học, khí mỏ, v.v., thường được gọi là khí;
3. Carbon dioxide và hydro phản ứng ở nhiệt độ cao và thêm hợp chất ruthenium-phosphine-crom xúc tác để tạo ra metanol, đây là loại rượu monohydric bão hòa đơn giản nhất và là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi có mùi rượu. Nó được sử dụng để sản xuất formaldehyde và thuốc trừ sâu, v.v., và được sử dụng làm chất chiết cho chất hữu cơ và chất biến tính cho rượu.
6. Chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu lỏng
Các nhà hóa học tại Đại học Illinois đã thành công trong việc tạo ra nhiên liệu từ nước, carbon dioxide và ánh sáng khả kiến thông qua quá trình quang hợp nhân tạo. Bằng cách chuyển đổi carbon dioxide thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh đã tiến tới thành công trong việc khai thác lượng carbon dioxide dư thừa và lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học để sử dụng trong thời gian ánh sáng mặt trời thấp và nhu cầu năng lượng cao nhất.
Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để thúc đẩy phản ứng của nước và carbon dioxide nhằm tạo ra glucose năng lượng cao để dự trữ năng lượng mặt trời. Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phản ứng nhân tạo sử dụng các hạt nano vàng giàu electron làm chất xúc tác để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành nhiên liệu bằng cách sử dụng ánh sáng xanh nhìn thấy được mà thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên. Những phát hiện mới này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Prashant Jain, giáo sư hóa học và đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là sản xuất các hydrocacbon phức tạp, có thể hóa lỏng từ lượng carbon dioxide dư thừa và các nguồn năng lượng bền vững như năng lượng mặt trời”. "Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng tương thích với nhiên liệu khí. Chúng dễ vận chuyển hơn, an toàn hơn và tiết kiệm hơn và chúng được tạo thành từ các phân tử chuỗi dài có nhiều liên kết hơn, nghĩa là chúng đậm đặc năng lượng hơn."
Trong phòng thí nghiệm của Jain, Sungju Yu, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, đã sử dụng chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và vận chuyển các electron và proton cần thiết cho phản ứng hóa học của carbon dioxide và nước, hoạt động như chất diệp lục trong quá trình quang hợp tự nhiên.
Jain cho biết, các hạt nano vàng đặc biệt hoạt động tốt như chất xúc tác vì bề mặt của chúng dễ dàng phản ứng với các phân tử carbon dioxide, hấp thụ năng lượng ánh sáng một cách hiệu quả mà không bị phân hủy như các kim loại dễ bị rỉ sét khác.
Có nhiều cách để giải phóng năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học của nhiên liệu hydrocarbon. Tuy nhiên, cách đốt đơn giản và truyền thống sẽ tạo ra nhiều carbon dioxide hơn, đi ngược lại ý tưởng thu giữ và lưu trữ năng lượng mặt trời ngay từ đầu, Jain nói.
Ông nói: “Có những ứng dụng phi truyền thống khác của hydrocarbon được thực hiện theo cách này. "Chúng có thể tạo ra dòng điện và điện áp để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu. Có rất nhiều phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang nghiên cứu cách làm cho chúng hoạt động hiệu quả hơn." chuyển đổi năng lượng hóa học trong hydrocarbon thành năng lượng điện.”
