Bụi hành tinh từ Venus đang truyền cảm hứng cho công nghệ mới chống ô nhiễm không khí

Giảm lượng khí thải carbon từ đường, đường sắt và tàu biển đòi hỏi việc triển khai đồng thời nhiều giải pháp. Đối với ô tô, việc giảm số chuyến đi (bằng cách làm cho việc đi bộ và đạp xe dễ dàng hơn và cải thiện phương tiện giao thông công cộng), thay đổi nhiên liệu trong các phương tiện và tận dụng tối đa các phương tiện đã có trên đường đều phải đóng một vai trò. Không có giải pháp nào đơn độc là đủ.

Đến năm 2030, việc buôn bán ô tô du lịch mới chạy bằng dầu diesel và xăng sẽ bị cấm tại Vương quốc Anh. Tương lai của việc lái xe hành khách sẽ là điện. Nhưng các vấn đề cung ứng linh kiện gần đây và chi phí carbon cao của việc sản xuất các xe điện có thể làm trì hoãn những lợi ích về khí hậu của sự chuyển đổi này.

Để tận dụng tối đa các phương tiện chạy bằng xăng và dầu đã có — và carbon đã được đầu tư vào việc tạo ra chúng — tài xế và nhà sản xuất có thể giảm lượng khí thải của một nhóm hợp chất gọi là oxit nitơ, mà liên quan đến các bệnh về hô hấp, thông qua việc xử lý khói xả tốt hơn. Như vậy, cộng đồng bị ô nhiễm không khí nặng nhất ít nhất cũng có thể được bảo vệ trước khi khí thải có hại từ phương tiện được loại bỏ cuối cùng.

Nhóm nghiên cứu của tôi đang phát triển một thế hệ mới của bộ lọc xúc tác — thiết bị được lắp vào ống xả để giảm phát thải của các khí độc hại. Được truyền cảm hứng bởi hóa học quan sát trên bề mặt của các hành tinh cực nóng như Venus, chúng tôi đã tạo ra một vật liệu tổng hợp có thể cải thiện chất lượng không khí.

Từ Venus đến khói xả xe

Ánh sáng của Mặt Trời phá hủy carbon dioxide (CO₂) trong khí quyển của các hành tinh, tạo ra carbon monoxide (CO). Không đủ nhanh để ngăn chặn biến đổi khí hậu, nhưng đủ để khí quyển như Venus nên chứa nhiều CO hơn chúng ta quan sát được.

Nhóm của chúng tôi nghiên cứu về tác động của vật liệu thiên thạch (bụi đến từ không gian) trong khí quyển. Một bột silicat sắt mà chúng tôi tạo ra nhằm mô phỏng bụi này có thể tăng tốc quá trình biến đổi CO thành CO₂. Đây là điều mà các bộ lọc xúc tác đầu tiên trên ô tô được thiết kế để làm, vì CO là một khí độc hại.

Điều này khiến chúng tôi nghĩ đến việc liệu vật liệu này có thể giúp đỡ với các vấn đề khác, như ô nhiễm oxit nitơ, mà vượt quá giới hạn pháp lý trong không khí của nhiều thành phố ở Vương quốc Anh. Chất lượng không khí kém từ khói xả phương tiện giao thông đang khiến tens of thousands of lives annually mất đi.

Chúng tôi đã phát hiện rằng bột có thể đồng thời làm sạch khí thải CO và oxit nitơ, nhưng nó cũng có thể chuyển đổi nitrogen dioxide (NO₂, một khí độc hại được quy định cụ thể) thành nitrogen phân tử (N₂) và nước ở nhiệt độ phòng.

Các xúc tác xử lý khí thải oxit nitơ (NOx) được lắp đặt trong các phương tiện diesel hiện đại chỉ hoạt động ở nhiệt độ khói xả trên 150°C. Thậm chí nếu chiếc xe của bạn sử dụng chất lỏng phụ gia để giảm khí thải oxit nitơ, nó có thể không hoạt động khi lái xe chậm nơi khói xả làm nguội. Đây là khi các phương tiện phát thải nhiều NO₂ nhất — thường là trong các đợt tắc đường nơi không khí ô nhiễm nhất có thể tích tụ.

Khi lưới điện được thanh lọc carbon và đủ mạnh mẽ để sạc hàng triệu xe điện, bộ lọc xúc tác có khả năng loại bỏ oxit nitơ vẫn có thể quan trọng. Ví dụ, nhiên liệu khí tự nhiên trong lò công nghiệp có thể được thay thế bằng hydro.

Không giống như xe buýt và ô tô chạy bằng hydro, tạo ra năng lượng thông qua phản ứng trong một tế bào nhiên liệu, các ứng dụng lớn như lò nung trong nhà máy sản xuất thép sẽ đốt cháy nhiên liệu hydro trực tiếp. Việc đốt cháy ở nhiệt độ cao này sẽ biến đổi nitrogen phân tử trong không khí thành ô nhiễm oxit nitơ, cần phải được loại bỏ.

Bài viết của Alexander James, Nghiên cứu viên Nghệ thuật Hóa học Không khí, Đại học Leeds, được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.