Phát triển bền vững và giảm phát thải cacbon là những mục tiêu thời đại đối với bất cứ hoạt động sản xuất công nghiệp nào. Vì vậy, những phát minh được nghiên cứu đều đang hướng đến mục tiêu tạo ra các vật liệu trung hòa cacbon và công nghệ sử dụng năng lượng xanh. Cùng tìm hiểu 4 công nghệ nổi bật đang góp phần thúc đẩy mục tiêu giảm phát thải trên toàn thế giới.
Sản xuất xi măng không phát thải cacbon
Quá trình sản xuất xi măng tạo ra 7% khí thải nhà kính toàn thế giới. “Chúng tôi hướng đến việc sử dụng bê tông như một cơ chế phục hồi hành tinh. Và ngày nay, chúng tôi có công cụ và công nghệ để hiện thực hóa điều đó” – Wil Srubar, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết.
Xi măng là một thành phần của bê tông, nguyên liệu được sản xuất nhiều nhất thế giới. Trong đó, xi măng chủ yếu làm ra từ đá vôi nung ở nhiệt độ cao, tạo ra hàng tỉ tấn cacbon dioxit mỗi năm. Nhóm nghiên cứu tại đại học Colorado Boulder hướng đến thay thế đá vôi bằng canxi cacbon tạo ra từ quá trình quang hợp của vi tảo biển. Trong tự nhiên, loại tảo này tạo ra vật liệu gần giống việc san hô tạo ra đá ngầm, có thể hấp thụ cacbon dioxit và trữ chúng trong những tảng đá. Vi tảo biển dễ dàng nuôi cấy và sản phẩm chúng tạo ra có thể tổng hợp cho quá trình sản xuất xi măng, ông Srubar cho biết.
Hydro tạo ra từ quá trình quang hợp
Các nhà khoa học tại Đại học Cambridge và Đại học Hoàng gia London đã tạo ra một thiết bị có thể dùng ánh sáng mặt trời để tách hydro trong nước.
Được biết đến là thiết bị điện quang hóa, nó có thể sản xuất hydro xanh qua quá trình điện phân – tách riêng oxi và hydro từ nước. Tuy nhiên, chúng có khả năng bị phân hủy chỉ trong vòng một phút khi ngập nước. “Hiện tại, có rất ít hệ thống sử dụng nhiên liệu mặt trời có thể ứng dụng một cách ổn định trong thực tiễn. Với nghiên cứu này, chúng tôi đang đạt bước tiến mới trong việc tạo ra nền kinh tế nhiên liệu tuần hoàn” – Erwin Reisner, đại học Cambridge, đồng tác giả của nghiên cứu mới trên Tạp chí Nhiên liệu Tự nhiên chia sẻ.
Từ những nghiên cứu trước đó trên vật liệu quang điện tử là bitmut oxyiodide (BiOI), các nhà nghiên cứu đã phát minh ra thiết bị “lá nhân tạo” có thể sản sinh nhiên liệu nhờ ánh sáng – giống như cách thực vật tạo ra năng lượng khi quang hợp. Để tạo ra thiết bị BiOI không thấm nước, họ đặt nó ở giữa hai lớp oxit và phủ than chì. Sản phẩm cuối cùng có thể tiến hành điện phân nước trong vòng 240 giờ mà không cần bổ sung nguồn năng lượng khác.
Siêu tụ điện hấp thụ cacbon
Sử dụng vật liệu cacbon tái chế từ vỏ dừa và ứng dụng đơn giản của nước muối, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã tạo ra một siêu tụ điện kích cỡ chỉ bằng một đồng xu, có khả năng hấp thụ CO2 trong không khí.
Các hệ thống thu hồi cacbon hiện tại dựa vào lượng lớn chất dung môi để hấp thụ khí thải nhà kính từ môi trường và tiêu hao nhiều năng lượng khi giải phóng và lưu trữ. Trong khi đó, siêu tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng bằng sự dịch chuyển các electron giữa các điện cực thay vì sử dụng hóa chất, từ đó lọc và hấp thụ CO2 trong không khí, mang đến giải pháp với tiềm năng phát triển bền vững hơn và giá cả phải chăng hơn.
Siêu tụ điện chỉ hấp thụ CO2 khi được sạc. Để rút ngắn thời gian sạc, nhóm nghiên cứu Đại học Cambridge đã cho siêu tụ điện vào giữa hai cực âm dương của bộ sạc và khám phá ra việc đó có thể tăng lượng cacbon hấp thụ của tụ điện lên gấp đôi. “Bài toán tiếp theo liên quan đến tìm hiểu những cơ chế chính xác của quá trình hấp thụ CO2 và cải thiện nó. Sau đó sẽ là việc mở rộng mô hình” – Alexander Forse, người đứng đầu nghiên cứu chia sẻ trong bài đăng trên tạp chí Nanoscale
Động cơ Passport sử dụng 100% nhiên liệu hàng không bền vững
Các kỹ sư của GE đã thử nghiệm thành công 100% nhiên liệu SAF trên Passport – dòng động cơ tuabin phản lực cánh quạt dùng cho những chặng bay đường dài của GE.
“Khách hàng của chúng tôi có thể tin tưởng rằng động cơ Passport sẽ hỗ trợ giảm phát thải CO2 cho những mục tiêu phát triển bền vững trong ngành hàng không, nhờ vào công nghệ tối ưu nhiên liệu vượt trội so với những dòng động cơ phản lực thương mại thế hệ trước cũng như khả năng vận hành bằng nhiên liệu ít phát thải” – Melvyn Heard, chủ tịch chương trình động cơ Passport của GE Aviation/Aerospace cho biết.
Tổ chức phát triển các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế ASTM International hiện vẫn chưa phê duyệt phương án sử dụng 100% SAF. Để thúc đẩy điều này, một chuyên gia về nhiên liệu của GE đang chủ trì một nhóm đặc biệt để phát triển các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn nhằm hỗ trợ việc sử dụng 100% nhiên liệu SAF trực tiếp cho các chuyến bay mà không cần pha trộn với loại nhiên liệu hàng không truyền thống.
Vận hành thương mại từ năm 2018, Passport tiêu thụ nhiên liệu ít hơn 3% so với các động cơ khác ở hạng lực đẩy 18.000 pound và tiết kiệm 17% nhiên liệu so với dòng động cơ CF34-3. Cánh quạt khoẻ khoắn, hệ thống nén hiệu suất cao, buồng đốt tối ưu nhiên liệu, hệ thống tuabin độc quyền và bộ trộn hiệu quả giúp cải thiện đáng kể hiệu suất nhiên liệu của động cơ Passport.
Hưởng ứng các cam kết của công ty, GE Aerospace hoàn toàn ủng hộ mục tiêu của ngành hàng không là không phát thải CO2 từ các chuyến bay thương mại đến năm 2050. Để làm được điều này, ngành hàng không cần triển khai các công nghệ đột phá để giảm phát thải, đồng thời vận động việc tăng cường sử dụng và cung ứng các loại nhiên liệu thay thế như SAF và hydro.