Liệu Khí nhà kính có Thể Chuyển đổi Thành Nhiên liệu Máy bay?

Ngành hàng không đã tìm cách giảm lượng khí nhà kính toàn cầu của mình trong thập kỷ qua, chẳng hạn như mua các biện pháp đền bù carbon—như dự án trồng cây hoặc các trang trại gió—để bù đắp lượng khí carbon được phát ra bởi các máy bay bay cao. Đồng thời, các sân bay ở San Francisco, Chicago và Los Angeles, cùng với một chục sân bay ở châu Âu, đang cung cấp nhiên liệu thay thế xanh hơn để đạt được mục tiêu giảm carbon.

Bây giờ, một đội ngũ tại Đại học Oxford ở Vương quốc Anh đã đưa ra một quy trình thử nghiệm có thể chuyển đổi carbon dioxide—một loại khí nhà kính được phát ra bởi tất cả các động cơ đốt khí—thành nhiên liệu máy bay. Nếu thành công, quy trình này, sử dụng phản ứng hóa học có chứa sắt, có thể dẫn đến lượng phát thải “net zero” từ máy bay.

Thử nghiệm, được báo cáo hôm nay trong tạp chí Nature Communications, đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm và vẫn cần được sao chép ở quy mô lớn hơn. Nhưng các kỹ sư hóa học đã thiết kế và thực hiện quy trình này tin rằng nó có thể làm thay đổi khí hậu.

“Biến đổi khí hậu đang tăng tốc, và chúng ta đang phải đối mặt với lượng khí carbon dioxide lớn,” nói Tiền sĩ Tiancun Xiao, một nghiên cứu viên cấp cao tại Khoa Hóa học của Đại học Oxford và là một trong những tác giả của bài báo. “Cơ sở hạ tầng của nhiên liệu hydrocarbon đã có sẵn. Quy trình này có thể giúp giảm nhẹ biến đổi khí hậu và sử dụng cơ sở hạ tầng carbon hiện tại cho sự phát triển bền vững.”

Khi nhiên liệu hóa thạch như dầu hoặc khí tự nhiên cháy, hydrocarbon của chúng được chuyển thành carbon dioxide, và nước và năng lượng được giải phóng. Thử nghiệm này đảo ngược quá trình đó để chuyển carbon dioxide trở lại thành nhiên liệu bằng cách sử dụng phương pháp đốt cháy hữu cơ (OCM). Bằng cách thêm nhiệt độ (350 độ Celsius, tương đương 662 độ Fahrenheit) vào axit citric, hydro và một chất xúc tác được làm từ sắt, mangan và kali vào carbon dioxide, nhóm nghiên cứu đã có thể tạo ra nhiên liệu lỏng có thể hoạt động trong động cơ máy bay. Thử nghiệm được thực hiện trong một bình phản ứng bằng thép không gỉ và chỉ sản xuất vài gam chất.

Trong phòng thí nghiệm, carbon dioxide được lấy từ một bình. Nhưng ý tưởng để áp dụng khái niệm này vào thế giới thực sự sẽ là bắt giữ lượng lớn khí nhà kính từ một nhà máy hoặc trực tiếp từ không khí để loại bỏ nó khỏi môi trường. Carbon dioxide là một trong những khí nhà kính gây nên nhiều nhất trên hành tinh, và nó được tạo ra bởi các nhà máy, ô tô và đốt gỗ, bao gồm cả các đám cháy rừng và nông nghiệp đốt rẫy. Việc giữ nó khỏi khí quyển có thể giúp giảm nhiệt độ toàn cầu, mặc dù lượng phát thải carbon trên thế giới đã tăng trong vài thập kỷ qua và đang trên đà làm ấm hành tinh thêm 2 độ C vào cuối thế kỷ.

Xiao và đồng nghiệp cho rằng phương pháp mới cũng sẽ rẻ hơn so với các phương pháp hiện tại biến hydro và nước thành nhiên liệu, một quy trình gọi là hydro hóa, chủ yếu vì nó sẽ sử dụng ít điện năng hơn. Xiao dự đoán sẽ cài đặt một nhà máy nhiên liệu máy bay gần một nhà máy sản xuất thép hoặc xi măng hoặc một nhà máy nhiệt điện đốt than, và bắt giữ lượng carbon dioxide dư thừa của nó để tạo nhiên liệu. Quy trình cũng có thể liên quan đến việc hút carbon dioxide ra khỏi không khí, điều gọi là hút trực tiếp từ không khí. Chất xúc tác thực hiện công việc này rất phong phú trên trái đất và yêu cầu ít bước hơn so với các phương pháp khác để tổng hợp hóa chất có giá trị cao, các tác giả nói.

Một chuyên gia không tham gia thử nghiệm nói rằng ý tưởng có vẻ hứa hẹn, miễn là tác giả có thể tìm ra cách chuyển từ việc sản xuất lượng nhỏ nhiên liệu máy bay trong phòng thí nghiệm sang việc sản xuất số lượng lớn hơn trong một nhà máy thử nghiệm. “Có vẻ như ý tưởng này khác biệt, và nó có vẻ như có thể hoạt động,” nói Joshua Heyne, giáo sư cộng tác của bộ môn kỹ thuật cơ khí và hóa học tại Đại học Dayton. “Việc mở rộng quy mô luôn là một vấn đề, và có những điều bất ngờ mới khi bạn chuyển sang quy mô lớn hơn. Nhưng về mặt giải pháp dài hạn, ý tưởng về nền kinh tế carbon tuần hoàn chắc chắn có thể là tương lai.”

Trong một “nền kinh tế carbon tuần hoàn” như vậy, carbon dioxide sẽ trở thành cả một dòng chất thải và một nguồn nhiên liệu. Sự hiệu quả lớn hơn cho carbon sẽ xảy ra nếu một nhà máy nhiên liệu máy bay thay thế có thể hoạt động trên điện xanh từ năng lượng gió hoặc năng lượng mặt trời. Như vậy cả nhiên liệu máy bay và nguồn carbon dioxide sẽ được sản xuất một cách bền vững, theo Oskar Meijerink, người điều hành dự án về nhiên liệu tương lai tại SkyNRG, một công ty có trụ sở ở Hà Lan sản xuất, mua và bán nhiên liệu hàng không bền vững cho các sân bay khác nhau.

“Bạn cần sử dụng điện tái tạo,” Meijerink nói. “Thách thức là nếu chúng ta đang sử dụng CO₂ từ một nhà máy sản xuất thép, làm thế nào chúng ta có thể thúc đẩy nhà máy thép trở thành carbon neutral chính nó? Giải pháp hoàn hảo sẽ là để tất cả những ngành công nghiệp này trở nên bền vững hơn và sử dụng điều này để thực hiện việc hút trực tiếp từ không khí.”

Còn đối với thí nghiệm của Đại học Oxford và nhiên liệu máy bay mới dựa trên carbon dioxide, có lẽ nó sẽ phải chờ đến lượt của hàng loạt các ứng cử viên khác đang được thử nghiệm ngay bây giờ như là các phương pháp thay thế nhiên liệu máy bay truyền thống. Những nhiên liệu thay thế này được làm từ nguồn nguyên liệu bao gồm chất thải rắn đô thị, rơm, nguồn sinh sản gỗ, và thậm chí là dầu ăn thải đi, một quy trình đang được tập đoàn năng lượng lớn BP theo đuổi.

Xiao của Oxford tin rằng nhiên liệu CO₂ mới có cơ hội cạnh tranh với những phương án thay thế này. Xiao thành lập công ty nhiên liệu xanh Oxford Catalysts, hiện được biết đến là Velocys, từ năm 2006. Velocys đang phát triển nhiên liệu hàng không thay thế cho Shell và British Airways tại một cơ sở ở Anh bằng cách sử dụng chất thải đô thị làm nguồn nguyên liệu, và nhiên liệu diesel cho xe tải từ giấy và gỗ thải tại một nhà máy ở Mississippi.

Anh ta nói rằng anh ta đang thảo luận về phương pháp chuyển đổi CO₂ mới này với một số đối tác công nghiệp lớn. “Không có thách thức lớn,” anh ta nói, “nhưng chúng ta cần tối ưu hóa quy trình và làm cho nó hiệu quả hơn.”

Những bài viết tuyệt vời khác của Mytour

• 📩 Muốn biết tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!
• Get rich selling used fashion online—or cry trying
• The 8 best books about artificial intelligence to read now
• Hold everything: Stormtroopers have discovered tactics
• I tested positive for Covid-19. What does that really mean?
• Gift ideas for people who just need a good night’s sleep
• 🎮 Mytour Games: Get the latest tips, reviews, and more
• 🏃🏽‍♀️ Want the best tools to get healthy? Check out our Gear team’s picks for the best fitness trackers, running gear (including shoes and socks), and best headphones