Trong quá trình sống, động vật hấp thụ oxy, thải cacbonic (CO2), còn thực vật thì ngược lại, giúp cân bằng và duy trì hàm lượng trung bình của CO2 ở mức 0,03% thể tích khí quyển trong hàng triệu năm qua. Theo các nhà khoa học, nếu không có CO2 trong khí quyển thì nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ thấp hơn hiện tại 21oC. Ngược lại, nếu hàm lượng CO2 tăng gấp đôi hiện tại thì nhiệt độ mặt đất tăng thêm 4oC.
Được phát hiện vào thế kỷ 16, CO2 là chất khí không màu, không mùi, không vị, nặng gấp rưỡi không khí, không duy trì sự sống và sự cháy, tan trong nước (có vị chua nhẹ) ở điều kiện thường. Do không màu nên CO2 không hấp thụ các tia sáng mặt trời trong vùng bức xạ nhiệt và dễ dàng cho các bức xạ nhiệt từ mặt trời đến mặt đất (bước sóng dưới 12.000 nm) đi qua nhưng lại hấp thụ mạnh những bức xạ phản hồi từ mặt đất (bước sóng trên 14.000 nm) rồi phát trả lại mặt đất. Đây chính là nguyên nhân làm mặt đất ấm lên. Chỉ cần nhiệt độ mặt đất tăng thêm 1oC đã gây ảnh hưởng bất lợi cho sản xuất lương thực của thế giới, năng suất sinh học của đại dương cũng sẽ giảm xuống.
Hằng ngày, những việc làm của con người, từ đơn giản như đốt cháy một tờ giấy đến quá trình đốt cháy các chất hữu cơ; nung vôi, gạch; lên men rượu, bia; phá hoại rừng; vận hành các nhà máy nhiệt điện cũng như các nhà máy công nghiệp khác; quá trình thối rữa xác sinh vật,…đều sản sinh và làm gia tăng hàm lượng khí CO2, tạo ra hiệu ứng nhà kính ngày càng cao.
Theo báo cáo của Tổ chức Khí tượng Thế giới (World Meteorological Organization), lượng khí thải CO2 trong không khí tăng nhanh (năm 1901 tổng lượng CO2 là 915 tỉ tấn, đến năm 2010 tổng lượng CO2 là 1.057 tỉ tấn, tăng thêm 16%). Dự kiến đến năm 2020, lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính cao hơn từ 8 đến 12 tỉ tấn so với mức cần thiết để duy trì mức tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 20C vào năm 2020. Dự báo, nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ tăng ít nhất 4oC vào năm 2100, hơn 8oC vào năm 2200 nếu lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính không giảm bớt.
Mặc dù CO2 không nằm trong danh sách các chất khí gây ô nhiễm môi trường nhưng nó lại liên quan rất mật thiết tới môi trường. Có ý kiến cho rằng, hiểm họa CO2 hiện nay đối với môi trường không kém gì hiểm họa của chiến tranh hạt nhân. Chiến tranh hạt nhân có thể ngăn chặn được, không lẽ không hạn chế được được việc tăng CO2 trong khí quyển?
Băng đang tan dần ở Bắc Cực và Nam Cực.
Để trả lời cho câu hỏi mang tính toàn cầu này, thế giới đã có rất nhiều nỗ lực ứng phó: xây dựng những quy định chung (nổi bật nhất là Nghị định thư Kyoto năm 1997, Hội nghị Thượng đỉnh Copenhagen năm 2010, HNTĐ New York năm 2014) về việc cắt giảm CO2, biện pháp rất cần thiết để cứu hành tinh. Song, vấn đề này vẫn luôn gây tranh cãi bởi “cái được, mất” về kinh tế luôn song hành với việc cắt giảm khí thải giữa các nước phát triển và đang phát triển. Vấn đề này cũng đang thôi thúc các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới nỗ lực tìm cách giải quyết.
Xu hướng giải quyết khí thải CO2 hiện nay tập trung theo 2 hướng: một là thay thế nhiên liệu tự nhiên (than đá, dầu mỏ) bằng các nguồn năng lượng khác không sinh ra CO2 (như năng lượng hạt nhân, mặt trời hay gió); hai là tiến hành thu hồi khí CO2 trong không khí, tại các nhà máy để biến thành nhiên liệu phục vụ lại cho sản xuất và nhu cầu cuộc sống. Hướng thứ nhì giải quyết được cả bài toán chống sự nóng lên của trái đất và tạo ra được nhiên liệu, nên được các nhà khoa học ở Mỹ, Canada, Nhật Bản, Đức, Ý, Na Uy,…bước đầu nghiên cứu thành công và đưa vào ứng dụng trong thực tế.
Nhóm nghiên cứu gồm các chuyên gia hóa học tại Đại học Messina (Ý) đã sử dụng ánh sáng mặt trời cùng một miếng titanium dioxide mỏng làm xúc tác quang học để tách nước (H2O) thành khí oxy, proton và electron, rồi dùng màng lọc proton và dòng điện để tách riêng. Sau đó cho kết hợp với CO2 để tạo ra 8-9 loại hydrocarbon (phản ứng khử CO2). Trong phản ứng này, những ống nano carbon chứa các phân tử platinum và palladium được sử dụng làm xúc tác. Từ phản ứng, người ta tổng hợp hydrocarbon thành xăng và dầu diesel.
Nhà hóa học Frederic Goettmann và cộng sự thuộc Viện nghiên cứu Max Planck (Max Planck Institute of Colloids and Interfaces) tại Potsdam (Đức) dựa vào quá trình quang hợp của thực vật, nghiên cứu sử dụng chất xúc tác có khả năng phá vỡ liên kết hóa học trong phân tử CO2 để lấy carbon làm nguyên liệu sản xuất dược phẩm hoặc thuốc trừ sâu.
Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Công nghệ Georgia (Mỹ) đã phát triển dự án thu hồi, lưu trữ và cuối cùng là tái chế khí CO2 thải ra từ phương tiện giao thông để tái tạo thành nhiên liệu. Bằng việc sử dụng hệ thống xử lý nhiên liệu CHAMP (viết tắt từ CO2, H2 Active Membrane Piston) để tạo ra hydro một cách hiệu quả thông qua quá trình tách và hóa lỏng khí CO2 từ các loại nhiên liệu sử dụng cho các động cơ đốt trong. Dự án này thu hồi và tái chế khí CO2 ngay khi chúng được thải ra, cho phép phát triển hệ thống giao thông bền vững, hoàn toàn không có khí thải CO2. Ông Andrei Fedorov, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, “Chúng tôi muốn tạo ra một chiến lược năng lượng bền vững cho xe hơi thậm chí có thể sử dụng các nguồn năng lượng phục hồi lại được và sử dụng nó một cách có ý thức để bảo vệ môi trường”.
Cùng mục đích biến CO2 thành nhiên liệu, các nhà khoa học Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (Mỹ) đã dùng công nghệ biến hydro thành điện để đốt cháy ngược CO2 thành nhiên liệu. Bằng việc tạo ra thiết bị phản ứng CR5 (Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator) dùng năng lượng mặt trời để chuyển hóa CO2 thành CO, sau đó hòa trộn CO với hydro tạo ra khí tổng hợp dùng làm nhiên liệu, thay thế cho xăng, dầu diesel và nhiên liệu phản lực. Các lò phản ứng lớn đẩu tiên cho việc thử nghiệm phá vỡ các phân tử CO2 cho ra khí CO và oxy được Công ty Năng lượng Tái tạo Los Alamos (LARE) đưa vào sử dụng từ năm 2008.
Lấy cảm hứng từ quá trình hô hấp của cây xanh, các nhà khoa học ở Canada đã nghiên cứu tìm ra cách khai thác CO2 từ khí quyển với hiệu quả cao hơn, thông qua việc xây dựng nhà máy tái chế CO2, có thể hút CO2 ra khỏi không khí rồi kết hợp với hydro thu được từ các nguồn năng lượng tái tạo khác để biến chúng thành nhiên liệu, cung cấp cho ô tô điện, máy bay và các phương tiện khác. Các nhà khoa học cho rằng, nếu các nhà máy thu CO2 đi vào hoạt động, lượng nguyên liệu cần thiết để tạo ra năng lượng cho chúng ta sử dụng là gần như vô hạn.
Các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới vẫn đang miệt mài hoàn thiện những nghiên cứu nhằm xây dựng, mở rộng các lò phản ứng, các nhà máy thu hồi và tái chế khí CO2 dư thừa trong khí quyển để sản xuất ra nguyên, nhiên liệu thay thế trong các ngành công nghiệp, góp phần giảm thiểu, tiến tới ngăn chặn triệt để sự nóng lên toàn cầu, hỗ trợ đắc lực cho cuộc sống hiện tại, tương lai của nhân loại.
P. NHUNG, STINFO số 11/2015
Tải bài này về tại đây.