Một loại đá cẩm thạch lỏng, có các đường biểu thị quỹ đạo bên trong của nó dòng chảy

CCS nói chung là khi khí thải được thu giữ tại nguồn , chẳng hạn như từ một nhà máy điện đốt than, được vận chuyển bằng xe tải đến một địa điểm xa xôi và lưu trữ dưới lòng đất.

Nhưng các nhà phê bình cho rằng đầu tư vào thu hồi và lưu trữ carbon (CCS) có nghĩa là đặt cược vào công nghệ chưa được chứng minh là có hiệu quả trên quy mô lớn. Quả thực, về mặt công nghệ, việc thiết kế các vật liệu thu giữ carbon hiệu quả, cả ở dạng rắn và lỏng, từ trước đến nay luôn là một nhiệm vụ đầy thách thức.

Vậy liệu nó có thể là giải pháp khả thi cho lượng khí thải carbon dioxide của ngành nhiên liệu hóa thạch không?

Mới nổi nghiên cứu ở nước ngoài hiển thị “viên bi lỏng” – những giọt nhỏ được phủ bằng hạt nano – có thể giải quyết những thách thức hiện tại về vật liệu dùng để thu giữ carbon. Và nghiên cứu mô hình hóa của chúng tôi được xuất bản ngày hôm qua sẽ đưa chúng ta tiến một bước lớn gần hơn đến việc biến công nghệ tương lai này thành hiện thực .

Các vấn đề về thu hồi carbon

Theo Lộ trình đầu tư công nghệ, chính phủ Morrison coi CCS là một công nghệ phát thải thấp ưu tiên , và đang đầu tư 300 triệu đô la Úc trong 10 năm để phát triển nó.

Nhưng hiệu quả và hiệu suất của CCS đã có từ lâu gây tranh cãi do chi phí vận hành cao và các vấn đề về mở rộng quy mô cho ứng dụng rộng hơn.

Đặc biệt hơn, một vấn đề đang diễn ra là hiệu quả của các vật liệu được sử dụng để thu giữ CO₂, chẳng hạn như chất hấp thụ. Một ví dụ được gọi là “làm sạch amin", một phương pháp được sử dụng từ năm 1930 để tách, chẳng hạn như CO₂ từ khí tự nhiên và hydro.

Các vấn đề với quá trình loại bỏ amin bao gồm chi phí cao, các vấn đề liên quan đến ăn mòn và tổn thất lớn về vật liệu và năng lượng. Viên bi lỏng có thể vượt qua một số thách thức này.

Công nghệ này gần như không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, với một số viên bi có đường kính dưới 1 mm. Chất lỏng mà nó chứa – phổ biến nhất là nước hoặc rượu – có kích thước bằng microlit (một microlit bằng một phần nghìn mililit).

Các viên bi có lớp bên ngoài là các hạt nano tạo thành lớp vỏ dẻo và xốp, giúp chất lỏng bên trong không bị rò rỉ ra ngoài. Nhờ lớp áo giáp này, chúng có thể hoạt động giống như chất rắn mềm dẻo, co giãn và mềm mại với lõi lỏng.

Viên bi có liên quan gì đến CCS?<

Các viên bi lỏng có nhiều khả năng độc đáo: chúng có thể nổi, lăn trơn tru và có thể xếp chồng lên nhau .

Các đặc tính mong muốn khác bao gồm khả năng chống ô nhiễm, ma sát thấp và thao tác linh hoạt, khiến chúng trở nên hấp dẫn cho các ứng dụng như thu khí, vận chuyển thuốc và thậm chí là lò phản ứng sinh học thu nhỏ.

Trong bối cảnh thu giữ CO₂, khả năng tương tác có chọn lọc với khí, chất lỏng và chất rắn của chúng là quan trọng nhất. Ưu điểm chính của việc sử dụng đá cẩm thạch lỏng là kích thước và hình dạng của chúng, bởi vì hàng nghìn hạt hình cầu có kích thước chỉ cỡ milimet có thể được lắp đặt trực tiếp trong các lò phản ứng lớn.

Khí từ lò phản ứng chạm vào các viên bi, nơi nó bám vào lớp vỏ ngoài của hạt nano (trong mộtquá trình gọi là hấp phụ). Khí sau đó phản ứng với chất lỏng bên trong, tách CO₂ và thu giữ nó bên trong đá cẩm thạch. Sau đó, chúng ta có thể lấy lượng CO₂ này ra và lưu trữ dưới lòng đất, sau đó tái chế chất lỏng để xử lý trong tương lai.

Quy trình này có thể là cách hiệu quả hơn về mặt chi phí và thời gian để thu giữ CO₂ do chất lỏng (và tái chế có khả năng rắn), cũng như độ bền cơ học cao, khả năng phản ứng, tốc độ hấp phụ và độ ổn định lâu dài của viên bi.

Vậy điều gì đang ngăn cản chúng tôi?

Bất chấp những tiến bộ gần đây, nhiều đặc tính của đá cẩm thạch lỏng vẫn khó nắm bắt. Hơn nữa, cách duy nhất để kiểm tra đá cẩm thạch lỏng hiện nay là thông qua các thí nghiệm vật lý được tiến hành trong phòng thí nghiệm.

Các thí nghiệm vật lý có những hạn chế, chẳng hạn như khó đo sức căng bề mặt và diện tích bề mặt, là những chỉ số quan trọng của khả năng phản ứng và tính ổn định của đá cẩm thạch.

Trong bối cảnh này, mô hình tính toán mới của chúng tôimô hình tính toán có thể nâng cao hiểu biết của chúng ta về những đặc tính này và có thể giúp khắc phục việc sử dụng các quy trình chỉ dành cho thử nghiệm tốn kém và tốn nhiều thời gian.

Một thách thức khác là phát triển các phương pháp tiếp cận thực tế, nghiêm ngặt và quy mô lớn để thao tác các mảng đá cẩm thạch lỏng trong lò phản ứng. Mô hình tính toán sâu hơn mà chúng tôi hiện đang thực hiện sẽ nhằm mục đích phân tích những thay đổi ba chiều về hình dạng và động lực học của đá cẩm thạch lỏng, với sự tiện lợi và chính xác hơn.

Điều này sẽ mở ra những chân trời mới cho vô số ứng dụng kỹ thuật, bao gồm cả việc thu giữ CO₂.

Vượt xa khả năng thu giữ carbon

Nghiên cứu về đá cẩm thạch lỏng bắt đầu chỉ là một chủ đề gây tò mò khoảng 20 năm trước và kể từ đó, các nghiên cứu liên tục đã thành công một nền tảng được ưa chuộng với các ứng dụng ngoài khả năng thu hồi carbon.

Công nghệ tiên tiến này không chỉ có thể thay đổi cách chúng ta giải quyết các vấn đề về khí hậu mà còn cả các vấn đề về môi trường và y tế.

Ví dụ: đá cẩm thạch lỏng từ tính đã chứng tỏ tiềm năng của chúng trong các thủ tục y sinh, chẳng hạn như phân phối thuốc, do khả năng đóng mở bằng nam châm bên ngoài cơ thể. Các ứng dụng khác của đá cẩm thạch lỏng bao gồm cảm biến khí, cảm biến axit và phát hiện ô nhiễm.

Với nhiều mô hình và thử nghiệm hơn, bước hợp lý tiếp theo sẽ là mở rộng quy mô công nghệ này để sử dụng phổ biến.

Cuộc trò chuyện, ngày 8 tháng 12

Tác giả