Những phát minh hữu ích cho môi trường

Siêu hợp kim giúp ngành năng lượng giảm phát thải carbon

Phòng nghiên cứu thí nghiệm quốc gia Sandia, Phòng thí nghiệm quốc gia Ames, Đại học bang Iowa và Tập đoàn Bruker (Mỹ) vừa hợp tác tạo ra một siêu hợp kim bằng công nghệ in 3D, giúp các nhà máy điện sản xuất nhiều điện hơn, trong khi lại thải ít carbon hơn.

Hợp kim mới này có các thành phần đặc biệt, gồm 42% nhôm, 25% titan, 13% niobi, 8% zirconia, 8% molybden và 4% tantali, nhưng lại bền và nhẹ hơn các vật liệu hiện đại nhất hiện đang dùng cho chế tạo động cơ tua-bin khí. Nhờ tính năng này mà các tua-bin có thể vận hành ở nhiệt độ cao, sản sinh nhiều năng lượng hơn và giảm được lượng nhiệt thừa lẫn khí thải ra môi trường.

Qua thí nghiệm cho thấy, siêu hợp kim mới bền hơn so với nhiều hợp kim hiệu suất cao khác. Nghiên cứu còn cho thấy công nghệ này cũng có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu mới nhanh và hiệu quả, có thể ứng dụng cho cả ngành sản xuất ô tô và hàng không vũ trụ trong tương lai.

Gỗ có chức năng chống biến đổi khí hậu

Các nhà khoa học từ Đại học Rice (RU), Mỹ vừa cho ra đời loại gỗ biến đổi kỹ thuật, chắc khỏe hơn và có chức năng chống biến đổi khí hậu bằng cách “gom” khí carbon dioxide  (CO2).

CO2 là yếu tố chính gây biến đổi khí hậu. Hạn chế lượng khí thải CO2 liên quan đến việc sản xuất vật liệu kết cấu như thép, kim loại và xi măng là một cách gián tiếp giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Một cách tiếp cận trực tiếp là giảm CO2 trong khí quyển bằng cách thu giữ nó trong các vật liệu kết cấu. Các nhà khoa học tại RU đã khai thác các đặc tính tự nhiên của gỗ để tăng cường khả năng thu giữ CO2. Theo đó, các nhà khoa học đã đưa các khung hữu cơ kim loại vi hạt (MOF) có độ xốp cao vào gỗ sau khi khung bên trong đã được làm sạch, cơ chế này được gọi là phân cấp. Gỗ được tạo thành từ ba thành phần thiết yếu là cellulose, hemicellulose và lignin. Lignin là chất mang lại màu sắc cho gỗ, vì vậy khi bạn loại bỏ lignin, gỗ sẽ trở nên không màu. Các hạt MOF dễ dàng phù hợp với các kênh cellulose, tăng cường gắn kết và hấp thụ CO2.

Kiểm tra độ bền kéo của loại gỗ này, người ta thấy rằng nó bền hơn gỗ thông thường chưa qua xử lý và có khả năng chịu được các tác nhân gây hại từ môi trường như uốn cong hơn. Ngoài ra, quy trình được sử dụng để sản xuất gỗ có khả năng mở rộng và tiết kiệm năng lượng, rất hợp cho mục đích xây dựng, vừa bền vững lại có tính ái tạo cao.

Tái chế thu hồi silicon từ pin mặt trời thải bỏ

Sau hơn 3 năm nghiên cứu, các nhà khoa học từ Trường Đại học Deakin (DU) tại Australia đã tìm ra phương pháp mới chiết xuất silicon từ các tấm pin đã qua sử dụng. Theo kết quả nghiên cứu, silicon được chiết xuất bằng phương pháp mới này không độc hại. Sản phẩm silicon nano được tạo ra, có giá lên tới 45.000 USD/kg (tương đương 1,07 tỷ đồng).

Tái chế thu hồi silicon từ pin mặt trời thải bỏ.

Theo tiến sĩ Md Mokhlesur Rahman, trưởng nhóm nghiên cứu, ông và các cộng sự đã thử nghiệm thành công quy trình chiết xuất silicon một cách an toàn và hiệu quả từ các tấm pin mặt trời sắp hết tuổi thọ, sau đó sử dụng nano-silicon cùng với than chì để làm cực dương mới cho pin. Nó có thể làm tăng dung lượng pin lithium-ion lên gấp 10 lần.

Quy trình tái chế của DU có thể tóm tắt như sau: sử dụng một phương pháp nghiền bi đặc biệt, không độc hại do Viện Vật liệu tiên tiến (IFM) của DU phát triển, chuyển đổi silicon được chiết xuất có kích thước thông thường thành quy mô nano. Nano-silicon của DU có thể thu giữ carbon và tạo khí hydro theo yêu cầu, đồng thời sử dụng làm vật liệu để sản xuất pin mới. Theo Saferenergy, dự báo đến năm 2035, Úc sẽ có hơn 100.000 tấn tấm pin mặt trời hết hạn sử dụng được đưa đi thải bỏ nên đây là nguyên liệu rất lớn.

Sản xuất xi măng không khí thải

Bộ Năng lượng Mỹ (DoE) vừa trao 3,2 triệu USD cho cơ sở khởi nghiệp Solar MEAD, thực hiện dự án chung có tên CEMEX. Ngoài Solar MEAD, dự án còn có sự tham gia của Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia và Synhelion, nhằm mục đích khử carbon trong sản xuất xi măng. Tham vọng của dự án là thay thế việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng nhiệt mặt trời (CST) tập trung trong sản xuất clinker, thành phần chính trong xi măng. CEMEX và Synhelion cùng nhau cung cấp công nghệ CST để sản xuất xi măng. Dự án đã trình diễn quy mô phòng thí nghiệm thành công lần đầu năm 2022, cho ra đời clinker sản phẩm bằng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới.

Sản xuất xi măng bằng công nghệ năng lượng mặt trời không tạo ra khí thải.

Sản xuất clinker bằng cách nung chảy đá vôi, đất sét và các vật liệu khác trong lò quay ở nhiệt độ gần 1.500°C. Nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm thường được sử dụng để đốt nóng lò nung và chịu trách nhiệm cho khoảng 40% lượng khí thải CO2 trực tiếp của quá trình này. “Công nghệ đột phá CST của Synhelion vừa có quá trình nhiệt độ cao vượt ngưỡng 1500°C, lại giảm được lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất xi măng. Thiết bị chính của CST là bộ thu năng lượng mặt trời của Synhelion, cung cấp nhiệt cần thiết để khử carbon trong sản xuất clinker”, Fernando A. González, Giám đốc điều hành của CEMEX cho hay.

Theo giới năng lượng, cho đến nay có rất ít công nghệ tái tạo có khả năng tạo ra nhiệt ở mức cần thiết để xử lý nguyên liệu xi măng thô. Vì vậy dự án Solar MEAD còn giúp nâng cao hiểu biết về cách sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời tập trung cho mục tiêu thu thập và cung cấp nhiệt cho các cơ sở sản xuất xi măng hiện có, và tương lai có thể áp dụng cho các ngành công nghiệp chế biến quặng khác như sản xuất vật liệu chịu lửa, gốm sứ và pin.

Nguyễn Duy

(Theo BSC/TNI/NAC/IEC- 2/2023)