Tạo nhiên liệu từ không khí và ánh nắng

Hệ thống thử nghiệm của nhóm chuyên gia tại ETH Zurich có thể tạo ra 32 ml methanol mỗi ngày khi hoạt động dưới nắng 7 tiếng.

Nhóm kỹ sư tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zurich) thử nghiệm thành công một hệ thống sản xuất nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời và không khí, New Atlas hôm 3/11 đưa tin.

Cụ thể, hệ thống lấy CO2 và nước trong không khí, dùng năng lượng mặt trời để chuyển đổi thành khí tổng hợp, sau đó chuyển thành nhiên liệu lỏng. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature.

Khi hiểu rõ hơn về thiệt hại từ khí thải CO2, con người nỗ lực chuyển đổi sang các phương tiện chạy bằng điện, pin nhiên liệu và các dạng năng lượng sạch. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi thay đổi lớn về cơ sở hạ tầng hiện có nên việc triển khai sẽ mất nhiều thời gian.

Các loại nhiên liệu tổng hợp có thể là giải pháp mau chóng hơn. Chúng "bắt chước" các nhiên liệu hydrocarbon lỏng hiện nay nhưng được sản xuất từ nguồn tái tạo như sinh khối, phế phẩm hoặc carbon tồn tại trong khí quyển. Chúng thay thế hoặc bổ sung cho nhiên liệu hóa thạch nên dùng được cho các loại động cơ và cơ sở hạ tầng sẵn có.

Nhóm chuyên gia tại ETH Zurich phát triển và thử nghiệm một hệ thống mới có thể sản xuất loại nhiên liệu như vậy chỉ với ánh sáng mặt trời và không khí. Nhiên liệu thu được mang tính trung hòa carbon, lượng CO2 thải ra khi đốt cháy chỉ bằng với lượng CO2 lấy từ không khí trong quá trình sản xuất ban đầu.

Lò phản ứng sử dụng nhiệt từ ánh sáng mặt trời tập trung để biến CO2 và nước thành khí tổng hợp. Ảnh: ETH Zurich

Hệ thống gồm ba bộ phận, thiết bị thu gom không khí, thiết bị oxy hóa khử chạy bằng năng lượng mặt trời và thiết bị chuyển đổi khí - chất lỏng. Thiết bị đầu tiên hút không khí xung quanh rồi tách lấy CO2 và nước nhờ quá trình hấp phụ. Sau đó, CO2 và nước được bơm sang thiết bị thứ hai, nơi các phản ứng hóa học được kích hoạt bởi năng lượng mặt trời.

Một bộ tập trung làm ánh sáng mặt trời tụ lại trong lò phản ứng mặt trời, tạo ra mức nhiệt 1.500 độ C. Bên trong lò phản ứng là một cấu trúc làm bằng cerium oxit, hấp thụ oxy từ CO2 và nước, tạo ra hydro và CO - khí tổng hợp. Khí tổng hợp có thể được thu gom để sử dụng hoặc đưa tới thiết bị thứ ba để chuyển thành nhiên liệu hydrocarbon lỏng như dầu kerosene hay methanol.

Nhóm nghiên cứu lắp đặt một hệ thống thử nghiệm nhỏ 5 kW trên mái của một tòa nhà. Chạy 7 tiếng một ngày dưới ánh sáng mặt trời không liên tục, thiết bị có thể sản xuất 32 ml methanol. Lượng nhiên liệu này không nhiều, nhưng đủ chứng minh hệ thống hiệu quả và có thể mở rộng quy mô để sản xuất thương mại.

Một nhà máy quy mô lớn có thể trông giống nhà máy nhiệt điện mặt trời với những cánh đồng rộng lắp đặt hàng loạt bộ tập trung để tụ ánh nắng vào tòa tháp trung tâm. Nhóm nghiên cứu ước tính, một nhà máy với 10 cánh đồng như vậy, mỗi cánh đồng thu được 100 MW năng lượng bức xạ mặt trời, có thể sản xuất tới 95.000 lít kerosene mỗi ngày. Lượng nhiên liệu này đủ cho một máy bay Airbus A350 bay từ London tới New York rồi quay trở lại.

Để đáp ứng toàn bộ nhu cầu kerosene của ngành hàng không, nhóm nghiên cứu ước tính cần nhà máy năng lượng mặt trời rộng khoảng 45.000 km2. Tuy nhiên, chi phí xây dựng và lắp đặt ban đầu của nhà máy sẽ khiến nhiên liệu mới đắt hơn nhiên liệu hóa thạch và hạn chế sự phát triển rộng rãi của chúng.

Link gốc