CO2L Tech: Biến khí thải CO2 thành các hóa chất hữu ích

Làm gì với CO2 bị thu giữ vẫn là một câu hỏi lớn mà ngành công nghiệp phải đối mặt. Tuy nhiên, công ty khởi nghiệp CO2L Tech đã phát triển một quy trình sáng tạo để thu giữ khí thải từ các nhà máy tại chỗ và biến chúng thành sản phẩm hữu ích cho các ngành công nghiệp, giúp giảm 90% lượng phát thải carbon.

TS. Trần Lý Ánh, đồng sáng lập CO2L Tech, giới thiệu về công nghệ chuyển hóa CO2 thành các hóa chất hữu ích tại vòng chung kết cuộc thi Thách thức Net Zero 2024 ở TP.Hồ Chí Minh.

CO2L Tech được thành lập cách đây hai năm bởi một nhóm các nghiên cứu - TS. Tú Nguyễn (Giám đốc công nghệ), nhận bằng tiến sĩ hóa vô cơ tại Đại học Florida và từng là giáo sư thỉnh giảng kỹ thuật hóa học ở Đại học Queen; TS. Trần Lý Ánh (Giám đốc điều hành), lấy bằng tiến sĩ ngành khoa học vật liệu tại Đại học ETH Zurich và làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ngành kỹ thuật hóa học ở Đại học Queen; và TS. Đinh Cao Thắng (Cố vấn khoa học), hiện là giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Queen và là thành viên chương trình nghiên cứu của Chính phủ Canada về nhiên liệu và hóa chất bền vững.

Cả ba hy vọng rằng hệ thống điện phân khử CO2 (Electrochemical CO2reduction - ECR) của mình có thể giúp làm chậm biến đổi khí hậu bằng cách trung hòa lượng khí thải carbon do các nhà máy thải ra. Công nghệ này sẽ chuyển CO2 thành các sản phẩm hữu ích - như axit formic, muối formate, etylen, syngas v.v - và đưa chúng trở lại vòng đời kinh tế, thay vì thải ra bầu khí quyển. “Chúng tôi hình dung nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào hóa dầu sẽ biến mất khi thị trường mới của các sản phẩm có nguồn gốc từ CO2 tăng lên”, các nhà sáng lập chia sẻ trên website.

Để dễ hình dung, các hệ thống ECR hoạt động giống như một cái cây, hấp thụ CO2 và nước, sử dụng ánh sáng Mặt trời (ở đây là năng lượng điện Mặt trời) để chuyển hóa chúng thành oxy và các hóa chất có gốc carbon, tùy thuộc vào chất xúc tác được sử dụng bên trong.

Đây là một công nghệ mới nổi và đang được các nhóm nghiên cứu trên thế giới xem xét nhằm cải thiện và vượt qua những thách thức quan trọng như tăng hiệu suất, giảm chi phí và kiểm soát quá trình để sản phẩm đầu ra được tinh khiết. So với các giải pháp khác chuyển đổi CO2 khác, con đường điện phân là lựa chọn thay thế hứa hẹn, vì nó không đòi hỏi nhiệt độ cao hoặc áp suất cao. Tuy nhiên, trên khắp thế giới, công nghệ ECR vẫn chưa đạt đến mức độ trưởng thành để áp dụng rộng rãi trên quy mô công nghiệp, mặc dù chúng đã chứng minh được tiềm năng phát triển ở cấp độ quy mô nhỏ. Một trong những thách thức chính là thiết kế cấu trúc của chất điện phân. Chúng cần phải được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất và độ bền của phản ứng.

CO2L Tech là một trong những công ty tiên phong muốn thay đổi điều này. Nhờ đội ngũ nghiên cứu mạnh mẽ, các nhà khoa học đã thiết kế ra các điện cực khuếch tán khí có hiệu suất, tính chọn lọc và độ ổn định cao. Đồng thời, họ cũng cải thiện quá trình điện phân bằng các chu kỳ “bật” và “tắt” để tái sinh chất xúc tác đồng (Cu) làm tăng tuổi thọ hoạt động và thiết kế các chất xúc tác mới phù hợp (ví dụ: Ag@Bi/Ag). Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí uy tín như Chemical Society Reviews (2020), Journal of the American Chemical Society (2022) và ChemSusChem (2024).

Suy ngẫm về hành trình đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm ra thực tế, các nhà sáng lập chia sẻ rằng họ không muốn khoa học của mình chỉ dừng lại ở việc xuất bản những bài báo học thuật. Họ khao khát tạo ra những tác động thực sự có ý nghĩa trong đời sống, và chính từ mong muốn ấy, CO2L Tech đã ra đời.

TS. Trần Lý Ánh, đồng sáng lập CO2L Tech, giới thiệu về công nghệ chuyển hóa CO2 thành các hóa chất hữu ích tại vòng chung kết cuộc thi Thách thức Net Zero 2024 ở TP.Hồ Chí Minh.

“So với các công nghệ ECR khác, chúng tôi đang đi trước vì không cần sử dụng những vật liệu đắt tiền như Ag, Pt, Ir để tạo ra chất xúc tác. Chúng tôi dùng những kim loại rẻ hơn ít nhất 100 lần và dồi dào trên Trái đất. Thứ hai và thậm chí còn quan trọng hơn là chúng tôi có thể sử dụng nguồn CO2 đầu vào chứa nhiều tạp chất - ví dụ như khí thải thu trực tiếp từ nguồn hoặc từ không khí - điều này sẽ cắt giảm đáng kể chi phí của quy trình. Cuối cùng, các sản phẩm tạo ra có nồng độ tương đối cao, khoảng 4-5 mol/L, so với các công nghệ hiện tại ở mức dưới 1 mol/L. Nghĩa là chúng tôi cần ít năng lượng hơn để tạo ra lượng sản phẩm cao hơn”, TS. Trần Lý Ánh giới thiệu trước các nhà đầu tư tại vòng chung kết cuộc thi Thách thức Net Zero ở TP. Hồ Chí Minh hồi tháng 11.

CO2L Tech đã thử nghiệm và xác thực công nghệ của mình tại GreenCentre Canada từ đầu năm 2024. Kết quả cho thấy, với một thiết bị phản ứng điện phân nguyên mẫu có kích cỡ bằng bàn tay, họ đã có thể giảm tới 100kg CO2 trong một năm, tương đương với khả năng làm việc của 10 cây xanh trưởng thành.

Startup này muốn triển khai một dự án tương tự tại Việt Nam vào năm 2025 thông qua sự tài trợ của Cuộc thi Thách thức Net Zero. Dự án ước tính có giá trị khoảng 7 tỷ đồng.

“Những gì chúng tôi muốn làm trong dự án mới này là tăng quy mô thiết bị khử CO2 lên 10 lần để đạt lượng giảm CO2 tới hàng tấn. Điều này rất quan trọng, bởi sau đó chúng tôi chỉ cần kết nối các mô-đun thiết bị song song là có thể đạt được quy mô mà doanh nghiệp mong muốn”, TS. Trần Lý Ánh giải thích.

“Hãy tưởng tượng trong tương lai, mỗi nhà máy sẽ có một khu rừng 50 hecta bên cạnh nhưng chỉ to bằng một chiếc tủ lạnh”, cô nói thêm.

Theo kế hoạch, đến năm 2026, CO2L Tech sẽ thí điểm thiết bị mở rộng quy mô mới của mình với HELEN, một trong những nhà sản xuất vật liệu hút ẩm (desiccant) lớn ở miền Nam Việt Nam. Họ sẽ đặt các thiết bị ERC cạnh nhà máy của HELEN để chế tạo chất hút ẩm từ nguồn khí thải CO2. Hai bên sẽ cùng nhau đánh giá chất lượng sản phẩm, tác động kinh tế và môi trường nhằm tối ưu hóa quy trình.

Mặc dù các tính toán lý thuyết hiện nay đã cho thấy tiềm năng giảm đáng kể dấu chân carbon – ví dụ, để sản xuất 1 tấn desiccant từ vật liệu silica gel truyền thống sẽ tạo ra khoảng 5,3 tấn khí thải CO2, trong khi nếu áp dụng công nghệ CO2L Tech để tái chế CO2 làm desiccant chỉ tạo ra khoảng 0,5 tấn khí thải CO2, tương đương với mức giảm phát thải 90% - nhưng các số liệu ước tính này vẫn chưa đủ để thuyết phục các doanh nghiệp lớn trong ngành.

“Vấn đề với các ngành công nghiệp truyền thống phát thải nhiều CO2 là họ tương đối bảo thủ vì đã thực hiện quy trình của mình hàng chục, hàng trăm năm nay. Rất khó để thuyết phục họ thay đổi. Họ ngại rủi ro khi tiếp cận với một công nghệ mới. Điều họ muốn thấy là một dự án thí điểm để chứng minh rằng công nghệ mới này thực sự hiệu quả và có thể hoạt động được. Đó là lý do tại sao chúng tôi muốn thực hiện một cuộc trình diễn ở Việt Nam”, TS. Trần Lý Ánh giải thích.

Bài đăng KH&PT số 1321 (số 49/2024)

Khoahocphattrien