Giáo sư Israel Temprano của Đại học Cambridge và nghiên cứu sinh tiến sĩ hóa học Grace Mapstone đang thực hiện một dự án tạo ra các siêu tụ điện có thể thu giữ carbon dioxide từ các vật liệu tự nhiên. Hai người là đồng tác giả của một bài báo đăng trên tạp chí Nanoscale.
Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng thiết bị thân thiện với môi trường, chi phí thấp này cuối cùng có thể được nhân rộng để tham gia vào các nỗ lực thu hoạch khí nhà kính quy mô lớn hơn.
Các nhà nghiên cứu cho biết họ đã phát triển một thiết bị giống như pin giá rẻ từ một số vật liệu tự nhiên có thể thân thiện với môi trường bằng cách thu hoạch carbon dioxide từ không khí.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã chế tạo siêu tụ điện mà các nhà nghiên cứu cho biết có kích thước chỉ bằng một đồng xu và có thể thu giữ có chọn lọc khí carbon dioxide khi nó sạc. Khí có thể được giải phóng trong quá trình xả có kiểm soát hoặc được thu gom để tái sử dụng hoặc thải bỏ an toàn.
Các nhà nghiên cứu cho biết họ đã làm cho các tụ điện bền vững hơn bằng cách sử dụng các vật liệu tự nhiên như vỏ dừa và nước biển như một phần của thiết kế pin.
"Chúng tôi muốn sử dụng các vật liệu trơ không gây hại cho môi trường và cũng sẽ giảm tần suất xử lý. Ví dụ, carbon dioxide có thể được hòa tan trong chất điện phân gốc nước của nước biển.
Ưu điểm của siêu tụ điện
Siêu tụ điện tương tự như pin ở chỗ nó lưu trữ và xả năng lượng, nhưng thường có dung lượng nhỏ hơn pin thông thường.
Tuy nhiên, ưu điểm của những siêu tụ điện này dựa vào sự chuyển động của các electron, thay vì các phản ứng hóa học, có thể dẫn đến tuổi thọ dài hơn và tốc độ xuống cấp chậm hơn.
Mapstone lưu ý rằng điều này sẽ giúp các nhà nghiên cứu phát triển một thiết bị lưu trữ năng lượng có thể tham gia vào quá trình thu giữ carbon thông qua các vật liệu sẵn có, chi phí thấp.
Cô cũng cho biết trong cuộc phỏng vấn: "Đối với những vật liệu như thu giữ carbon, chúng tôi ưu tiên độ bền. Trên hết, vật liệu được sử dụng để chế tạo siêu tụ điện rất rẻ và phong phú. Các điện cực được làm bằng carbon, có thể được lấy từ chất thải gáo dừa.
hệ thống hoạt động như thế nào
Tương tự như pin, siêu tụ điện bao gồm hai điện cực, một điện cực mang điện tích dương và điện cực còn lại mang điện tích âm. Để kéo dài thời gian sạc của các thiết bị tiền nhiệm để chúng có thể thu được nhiều carbon hơn, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm sạc xen kẽ từ điện áp âm sang điện áp dương, dẫn đầu là nhà nghiên cứu Trevor Binford, người đang theo học tại Đại học Cambridge vào thời điểm lấy bằng Thạc sĩ.
Alexander Forse, giáo sư tại Khoa Hóa học Yusuf Hamied của Cambridge, người đứng đầu toàn bộ dự án, cho biết: "Chúng tôi nhận thấy rằng bằng cách thay đổi từ từ dòng điện giữa hai điện cực, lượng carbon dioxide có thể thu được sẽ tăng gấp đôi."
Tuy nhiên, một siêu tụ điện không thể tự hấp thụ carbon dioxide; các nhà nghiên cứu cho biết nó chỉ làm như vậy trong khi sạc. Quá trình này hoạt động như sau: Khi các điện cực được tích điện, điện cực âm sẽ hấp thụ khí carbon dioxide trong khi bỏ qua các khí thải khác như oxy, nitơ và nước. Bằng cách này, họ nói, các siêu tụ điện có thể thu giữ carbon và lưu trữ năng lượng.
Tương lai có thể mở rộng
Các nhà nghiên cứu đã xuất bản bài báo nghiên cứu của họ trên Nanoscale.
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các siêu tụ điện có thể là nguyên mẫu cho các thiết bị quy mô lớn có thể thu giữ một phần trong số gần 35 tỷ tấn carbon dioxide thải vào khí quyển mỗi năm.
Trên thực tế, đây là một khởi đầu tốt, Forse nói, và quá trình sạc và xả của siêu tụ điện có thể tiêu thụ ít năng lượng hơn so với quá trình đốt nóng amin hiện đang được sử dụng trong công nghiệp để thu khí nhà kính.
Forse nói thêm: "Lĩnh vực nghiên cứu tiếp theo sẽ liên quan đến các thiết bị tinh vi để thu giữ carbon và cách cải thiện chúng. Đó sẽ là vấn đề mở rộng quy mô."