Giữa lúc cả thế giới thiếu xăng, dầu, Trung Quốc đã 'biến' CO2 thành nhiên liệu cho máy bay, hiệu suất ổn định suốt 800 giờ

Theo một nghiên cứu do nhóm chuyên gia thuộc Viện Nghiên cứu Tiên tiến Thượng Hải, trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, công bố hôm 15/4 trên tạp chí ACS Catalysis, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một lộ trình công nghiệp nhằm chuyển trực tiếp CO2 thành các hợp chất chuỗi dài, nguyên liệu có thể tiếp tục chế biến thành nhiên liệu máy bay phản lực.

Động thái này diễn ra khi thị trường năng lượng toàn cầu biến động mạnh. Giá nhiên liệu máy bay trên thế giới đã tăng lên 175 USD mỗi thùng trong tháng 3, cao hơn 94,4% so với cùng kỳ năm trước và vượt mốc 200 USD trong tháng 4. Mức tăng đột biến khiến chi phí khai thác của các hãng hàng không đội lên nhanh chóng, thậm chí buộc một số hãng phải hủy chuyến.

Trong bối cảnh chiến sự liên quan Iran làm giá năng lượng leo thang, công nghệ chuyển khí nhà kính thành nhiên liệu đang được nhìn nhận không chỉ như một giải pháp giảm phát thải, mà còn là một lựa chọn chiến lược cho an ninh năng lượng hàng không.

Về bản chất, quy trình mà nhóm nghiên cứu Trung Quốc phát triển giống như “đảo ngược quá trình đốt cháy”. Thay vì đốt nhiên liệu để tạo ra khí thải, quy trình này lấy CO2 và nước làm đầu vào, sau đó tái sắp xếp các phân tử để tạo thành nhiên liệu lỏng có mật độ năng lượng cao.

Tuy nhiên, đây là lĩnh vực từ lâu gặp nhiều rào cản kỹ thuật. Hai trở ngại lớn nhất là các chuỗi carbon rất khó phát triển đủ dài, trong khi khả năng tạo ra đúng những sản phẩm chuỗi dài có giá trị cao vẫn còn thấp. Nói cách khác, biến CO2 thành nhiên liệu không chỉ khó ở chỗ tạo phản ứng mà còn ở chỗ tạo đúng loại phân tử cần thiết cho nhiên liệu hàng không.

Để giải quyết điểm nghẽn này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một chất xúc tác nền sắt, đồng thời bổ sung kali và nhôm. Trong quá trình phản ứng, chất xúc tác này tự hình thành một giao diện đặc biệt giữa hai loại vật liệu. Chính vùng tiếp giáp này được xem là chìa khóa giúp phản ứng diễn ra hiệu quả hơn, đồng thời hỗ trợ tạo ra các phân tử có kích thước phù hợp để sản xuất nhiên liệu.

Kết quả thử nghiệm được đánh giá là đáng chú ý. Ở nhiệt độ chỉ 330 độ C và áp suất trung bình, chất xúc tác tạo ra 453,7 mg olefin nặng trên mỗi gram chất xúc tác trong một giờ. Đây là nhóm hợp chất nền quan trọng để sản xuất nhiên liệu lỏng. Trong số đó, phần có thể chuyển trực tiếp thành nhiên liệu máy bay đạt 252,7 mg trên mỗi gram mỗi giờ.

Một chỉ dấu quan trọng hơn với giới công nghiệp là độ bền của quy trình. Theo nhóm nghiên cứu, chất xúc tác vẫn duy trì hiệu suất ổn định sau 800 giờ vận hành liên tục. Điều này cho thấy công nghệ không còn dừng ở mức thử nghiệm ngắn hạn trong phòng thí nghiệm, mà đã bắt đầu tiệm cận yêu cầu của sản xuất quy mô lớn.

Trong thông cáo công bố ngày 27/4, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cho biết nghiên cứu này đưa ra một chiến lược tương đối đơn giản để sản xuất olefin carbon cao và các sản phẩm nằm trong dải nhiên liệu phản lực với hiệu suất chưa từng có.

Song, từ kết quả khoa học tới nhiên liệu có thể bơm vào máy bay là một chặng đường dài. Hu Shi, nhà sáng lập startup Feynman Dynamics và cũng là giáo sư tại Đại học Thiên Tân, nhận định rằng việc biến một phát minh hóa học thành nhiên liệu được ngành hàng không chấp nhận là “một cuộc chạy marathon riêng biệt”.

Theo ông, lĩnh vực hàng không đòi hỏi chứng nhận đủ điều kiện bay để xác nhận cả độ an toàn lẫn tính bền vững. Hiện nay, ngành này vẫn chưa chính thức công nhận nhiên liệu được tạo ra bằng con đường hydro hóa CO2. Ông ví quá trình này giống như phát triển một loại thuốc mới, kết quả trong phòng thí nghiệm có thể rất tích cực, dây chuyền thử nghiệm có thể chứng minh khả năng sản xuất hàng loạt, nhưng vẫn còn thiếu những bước kiểm chứng quan trọng trước khi được chấp nhận rộng rãi.

Dù vậy, thương mại hóa đã bắt đầu manh nha tại Trung Quốc. Tháng 10 năm ngoái, Feynman Dynamics ký thỏa thuận với chính quyền khu tự trị Nội Mông để xây dựng dự án có công suất 3.000 tấn nhiên liệu hàng không bền vững điện tổng hợp mỗi năm.

Khác với hướng đi của nhóm Thượng Hải, công ty này kết hợp điện xúc tác và nhiệt xúc tác. Điện tái tạo trước tiên được dùng để tách CO2 thành CO và oxy, sau đó CO được đưa vào quy trình Fischer-Tropsch, công nghệ công nghiệp đã được kiểm chứng, để tạo hydrocarbon lỏng, trong đó phần đạt chuẩn hàng không sẽ trở thành nhiên liệu máy bay.

Theo ông Hu, về dài hạn, sản xuất nhiên liệu bằng điện là lời giải khả dĩ nhất cho ngành hàng không. Máy bay gần như không thể điện hóa hoàn toàn vì phải bay liên tục, không thể sạc giữa không trung, trong khi nhu cầu năng lượng vượt quá khả năng của pin, trừ những dự án trình diễn rất nhỏ.

Trong khi đó, nhiên liệu hàng không bền vững từ dầu ăn thải đã được triển khai, nhưng nguồn nguyên liệu này vốn hữu hạn. Vì thế, con đường dùng CO2 làm đầu vào được kỳ vọng có thể đạt điểm hòa vốn trong khoảng một thập kỷ tới, biến một loại khí nhà kính từng bị xem là gánh nặng môi trường thành nguồn nhiên liệu ổn định cho bầu trời.

Theo SCMP