Nhóm nghiên cứu tại trường Kỹ thuật Swanson thuộc Đại học Pittsburgh (Hoa Kỳ) do Christopher Wilmer, phó giáo sư kỹ thuật hóa học và dầu khí dẫn đầu, đã đưa ra một phương pháp lập mô hình tính toán để theo dõi nhanh việc nhận diện và thiết kế các vật liệu mới với khả năng thu và lưu trữ cacbon dùng cho các nhà máy điện than quốc gia. Màng ma trận hỗn hợp giả định sẽ cung cấp giải pháp kinh tế hơn so với các phương pháp hiện nay, mà chỉ mất chi phí dự tính chưa đến 50 USD để loại bỏ 1 tấn CO2. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Energy & Environment Science.
“Màng polyme đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ qua để lọc và tinh chế vật liệu, nhưng được sử dụng hạn chế trong việc thu và lưu trữ cacbon“, TS. Wilmer, trưởng nhóm nghiên cứu lưu ý. “Màng ma trận hỗn hợp là màng polyme với các hạt vô cơ nhỏ, phân tán trong vật liệu, có triển vọng to lớn vì chúng có tính chất phân tách và thẩm thấu. Tuy nhiên, số lượng polyme và hạt vô cơ tiềm năng là rất lớn, nên việc tìm ra phương thức kết hợp tốt nhất để thu giữ cacbon có thể gây nản chí“.
Theo TS. Wilmer, các nhà khoa học đã dựa vào nghiên cứu mở rộng của họ về khung kim loại hữu cơ (MOF), vật liệu tinh thể có độ xốp cao được chế tạo thông qua quá trình tự lắp ghép của kim loại vô cơ nhờ liên kết hữu cơ. MOF lưu trữ khối lượng khí lớn hơn các bể lưu trữ truyền thống, đồng thời rất linh hoạt và có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu và được thiết kế tùy chỉnh với các thuộc tính cụ thể.
Nhóm nghiên cứu đã khai thác các cơ sở dữ liệu hiện có về MOF giả định và thực tế cho nghiên cứu để tạo ra hơn một triệu màng ma trận hỗn hợp tiềm năng. Sau đó, họ đã so sánh mức độ thẩm thấu của khí theo dự đoán của từng vật liệu với dữ liệu được công bố và đánh giá chúng dựa vào quy trình thu khí gồm ba giai đoạn. Các biến số như tốc độ dòng chảy, tỷ lệ thu giữ, điều kiện áp suất và nhiệt độ được tối ưu hóa như là một chức năng của các tính chất màng với mục tiêu xác định các màng ma trận hỗn hợp cụ thể sẽ có chi phí thu hồi cacbon phải chăng. Nghiên cứu mới mang ý nghĩa to lớn. Dù hiện chỉ riêng các nhà máy điện than ở Hoa Kỳ chiếm đến 30% danh mục đơn vị cung cấp năng lượng của quốc gia, nhưng năm 2017, tỷ lệ phát thải của các nhà máy điện than là lớn nhất với 1.207 triệu tấn CO2 hay 69% tổng lượng phát thải CO2 liên quan đến năng lượng của Hoa Kỳ. (Nguồn: Cục quản lý thông tin năng lượng Hoa Kỳ).
- Wilmer cho biết: “Mô hình tính toán của chúng tôi về MOF giả định và thực tế đã dẫn đến sự ra đời của một cơ sở dữ liệu mới gồm hơn một triệu màng ma trận hỗn hợp với hiệu suất thu giữ CO2 tương ứng và chi phí liên quan. Các phân tích kinh tế – kỹ thuật sâu hơn đã tạo ra 1.153 màng ma trận hỗn hợp với chi phí thu hồi cacbon chưa đến 50 USD/tấn. Do đó, việc đưa ra một phương pháp thu CO2 hiệu quả và kinh tế tại các nhà máy điện than trên toàn thế giới và xử lý hiệu quả khối lượng lớn CO2 thải ra từ nhiên liệu hóa thạch vào trong khí quyển là rất tiềm năng“.
N.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-01-membranes-capture-co2-Than-fire-power.html # jCp