Biến khí thải CO2 thành tài nguyên

“Mỗi lần kẹt xe trên đường chúng em có cảm giác như muốn ngộp thở trước lượng khí thải của xe cộ. Chính lượng khí thải này là nguyên nhân khiến trái đất đang ngày một nóng lên. Trong khi đó, khí CO2 nếu được khai thác sẽ trở thành một nguồn tài nguyên để tạo ra những sản phẩm hữu ích trong cuộc sống”.

Thiên Ân và Ngọc Diễm đang trao đổi để hoàn thiện đề tài

Xuất phát từ ý tưởng trên, đôi bạn Trương Thiên Ân và Lê Trần Ngọc Diễm (lớp 11T2 Trường THPT Nguyễn Thị Diệu, TP.HCM) đã thực hiện nghiên cứu “Tổng hợp vật liệu nano ứng dụng làm xúc tác dị thể để chuyển hóa khí CO2 thành sản phẩm có ích cho cuộc sống”, với mong muốn làm giảm lượng khí thải, tận dụng được khí CO2 và đặc biệt là phát đi thông điệp về bảo vệ môi trường. Trước tính thực tế và cấp thiết trên, đề tài đã mang về cho đôi bạn giải nhì cấp quốc gia trong cuộc thi Khoa học kỹ thuật 2018 vừa qua.

Bắt khí CO2 phải “quy hàng”

Nói về ý tưởng để xây dựng đề tài, nhóm nghiên cứu cho biết xuất phát từ thực tế cuộc sống khi hàng ngày chứng kiến khói đen nhả ra từ các nhà máy, dòng xe cộ ken đặc nối đuôi nhau trên những ngả đường, phả vào không khí một lượng khí thải không hề nhỏ. “Làm thế nào để có thể tận dụng lượng khí thải này để phục vụ cuộc sống”, từ băn khoăn đó, Thiên Ân và Ngọc Diễm đã cùng tìm hiểu và “gỡ nút” vấn đề. “Trên thế giới đã đưa ra giải pháp là xây dựng bể chứa ngầm để lưu trữ khí CO2. Tuy nhiên, giải pháp này rất tốn kém và không dễ dàng áp dụng ở tất cả các quốc gia. Đặc biệt, nếu bể chứa rò rỉ thì mức độ nguy hiểm lại khôn lường”, Ngọc Diễm cho biết.

Hướng nhắm tới của nhóm nghiên cứu là đưa ra được giải pháp chuyển hóa khí CO2 thành sản phẩm có ích, mang lại giá trị kinh tế cao nhưng an toàn và ít tốn kém nhất. “Chất Styrene oxide ở dạng rắn khi tác dụng với khí CO2 sẽ chuyển hóa thành Styrene carbonat, là một chất điện giải trong pin, giúp xúc tiến trong quá trình sản xuất polyme như bao ni-lông hay ứng dụng trong sản xuất dược liệu như thuốc về hô hấp, vỏ bọc thuốc”, Thiên Ân chia sẻ. Tuy nhiên, Thiên Ân cũng cho biết, với thí nghiệm trên thì hiệu suất để tạo ra chất Styrene carbonat chỉ ở mức 50%. Chúng em nghĩ ra hướng phải làm sao tìm ra được một chất xúc tác để khi cho tương tác trong thí nghiệm trên sẽ đem lại hiệu suất cao hơn, hiệu quả hơn.

Dựa trên nhiều nghiên cứu trước đó của các trường ĐH tại Mỹ và Anh về nền tảng chất xúc tác đồng thể khi chuyển hóa khí CO2 thành vật liệu nhưng chỉ phù hợp với các nước tiên tiến do chi phí đắt. Khi áp dụng tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu đã chú trọng đến việc tạo ra chất xúc tác dị thể, cho phép có thể tương tác giữa chất lỏng và chất rắn, quan trọng là giá thành rẻ mà hiệu suất lại cao. “Ròng rã suốt nửa năm trời lê la tại các phòng thí nghiệm của Trường ĐH KHTN TP.HCM, Trung tâm Nghiên cứu vật liệu cấu trúc nano và phân tử (INOMAR, ĐH Quốc gia TP.HCM), thực hiện hàng trăm thí nghiệm, cuối cùng chúng em đưa ra kết luận chất xúc tác là chất MOF 890 (vật liệu hữu cơ có khung kim loại) được tổng hợp dựa vào các linker hữu cơ kết hợp với dung dịch muối đồng”, Ngọc Diễm nhớ lại.

Theo Ngọc Diễm, với chất xúc tác này, hiệu suất tạo ra chất Styrene carbonat lên tới 80%. Đặc biệt, MOF 890 cho phép tái sử dụng đến 2 lần, tạo ra thêm nhiều sản phẩm kinh tế mà chỉ giảm 7% tính hoạt hóa của MOF 890.

Cho môi trường không khí không ô nhiễm

“Để sử dụng chất Styrene oxide trong nghiên cứu, chúng em đã tham khảo rất nhiều nguồn tài liệu về chuyển hóa khí CO2 thành sản phẩm có ích. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu hiện nay trên thế giới lại thường sử dụng chất xúc tác có giá thành cao, mặc dù cho ra hiệu suất lớn nhưng lại không thể áp dụng vào thực tế rộng rãi bởi giá thành không phù hợp”, Thiên Ân cho hay. Do đó, điểm nhấn trong nghiên cứu của Thiên Ân và Ngọc Diễm là tổng hợp được chất xúc tác MOF 890 có giá thành thấp, hiệu suất cao, tính kinh tế hợp lý. Đây cũng là khâu mà theo nhóm là “khó nhằn” nhất khi thực hiện đề tài. “Khi tổng hợp xong chất xúc tác thì phải đi rửa để cho trôi hết các cặn linker bởi nếu sót cặn thì sẽ tạo ra chất MOF 890 không được như ý, không có tính hoạt hóa cao. Bên cạnh đó, làm sao để tìm ra được điều kiện thích hợp, nồng độ thích hợp, môi trường thích hợp, phù hợp với thực tế trong phản ứng để chuyển hóa thành chất Styrene carbonat có hiệu suất cao nhất”, Ngọc Diễm chia sẻ. Trải qua nhiều thí nghiệm, đôi bạn chỉ ra rằng, nếu ở nhiệt độ 800C, nồng độ CO2 là 1 atm, % chất xúc tác là 0,4 mol thì hiệu suất chất Styrene carbonat tạo ra lên đến 88%.

Kinh phí thực hiện đề tài, theo nhóm là không hề nhỏ, được nhà trường hỗ trợ một phần. Ngọc Diễm cho biết: “Tất cả các chất sử dụng trong thí nghiệm đều phải được đặt mua hoàn toàn ở Mỹ. Tuy nhiên, chúng em hy vọng nghiên cứu này sẽ sớm được đưa vào thực tế, đặc biệt là áp dụng tại các nhà máy, thành phố lớn để làm giảm lượng khí thải CO2, giúp giảm ô nhiễm không khí đang nhức nhối hiện nay”.

Theo sát và hướng dẫn thực hiện đề tài từ những ngày đầu, cô Nguyễn Thị Diễm Phúc (giáo viên hóa học, Trường THPT Nguyễn Thị Diệu) cho biết cô thật sự ấn tượng với tính thực tế và giải pháp của đề tài. Nếu áp dụng vào thực tế thì không chỉ góp phần làm giảm lượng khí thải, vấn đề nóng lên của trái đất mà còn phát đi thông điệp về bảo vệ môi trường, ý thức giữ gìn môi trường của học sinh và cộng đồng.

Đỗ Yến