Quy trình sàng lọc mới sẽ tăng tốc độ nghiên cứu thu hồi cacbon
08/02/2020
KH&CN nước ngoài
Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Alberta đã phát triển được kỹ thuật tiết kiệm rất nhiều thời gian phát triển các công nghệ thu giữ cacbon hiệu quả hơn, giúp giảm chi phí sử dụng công nghệ và tăng khả năng áp dụng công nghệ để giảm thiểu lượng khí thải CO2. Cụ thể, nhóm nghiên cứu của GS. Arvind Rajendran đã xây dựng một quy trình sàng lọc gồm hai bước để đánh giá các vật liệu thu giữ cacbon được gọi là zeolite trong vài giây thay vì một ngày.
Zeolite hoạt động bằng cách hấp phụ, về cơ bản bám vào các phân tử CO2, tương tự như cách bộ lọc than hút mùi trong tủ lạnh. Trong các hệ thống thu giữ cacbon, khí thải phát ra từ một nhà máy điện, có thể được truyền qua zeolit để bẫy CO2 trước khi nó đi vào khí quyển. Về mặt lý thuyết, hàng triệu loại vật liệu khác nhau có thể hấp thụ CO2, nhưng để hoạt động hiệu quả như một phần của quy trình công nghiệp, một phân tử phải bám vào CO2 và cũng giải phóng theo yêu cầu khi CO2 cần được bẫy hoặc sử dụng. Tuy nhiên, không phải tất cả các zeolite đều như nhau, một số loại zeolite tốt hơn nhiều so với các zeolite khác trong việc thu giữ và giải phóng CO2.
Nhóm nghiên cứu đã đánh giá 120.000 zeolite và giảm xuống 7.000 để có thể sàng lọc còn hai chục mục tiêu tốt bằng các phương pháp truyền thống. Một trong những vật liệu này có sự cải tiến lớn vật liệu thông thường, đó là zeolite-13x, giúp sử dụng năng lượng hiệu quả hơn 17%.
Công cụ thứ hai được tạo ra nhờ phối hợp với các giáo sư kỹ thuật Vinay Prasad và Zukui Li và các nghiên cứu sinh Kasturi Nagesh Pai và Gokul Subraveti, đã sử dụng thông tin về các phân tử thu giữ cacbon để dự đoán hành vi và hiệu suất trong hệ thống thế giới thực. Sử dụng thuật toán học máy giúp loại bỏ nhu cầu mô phỏng hiệu suất của từng phân tử, giảm tải tính toán xuống 10 lần mà không làm mất độ chính xác.
Các công nghệ thu giữ cacbon có thể ngăn các nhà máy điện than và khí đốt tự nhiên thải ra CO2 nhưng hiện tốn nhiều chi phí để lắp đặt và vận hành khiến các công ty điện năng lăn tăng khi sử dụng chúng. Tìm kiếm các vật liệu hoàn hảo phù hợp với các khu vực này luôn là một thách thức, nhưng các công cụ học máy mới của nhóm nghiên cứu đang chỉ ra những vật liệu thu giữ cacbon mới khả thi.
Nếu các chất hấp phụ giống như bộ lọc than trong tủ lạnh, thì học máy sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu được thương hiệu nào hiệu quả nhất trong việc hút mùi và cách nó tích hợp trong tủ lạnh có thể thay đổi hiệu quả.
Quy trình truyền thống để đưa ra các quyết định này rất chậm, dựa vào công việc tốn nhiều sức lực và mô phỏng máy tính trên diện rộng. Mọi phân tử có thể và mọi thiết kế hệ thống tiềm năng phải được mô phỏng riêng lẻ, cần có sức mạnh tính toán rất lớn.
Các kỹ thuật, mới được công bố trên ACS Sustainable Chemistry & Engineering and Industrial & Engineering Chemistry Research, có thể được điều chỉnh để tăng tốc khám phá về các loại vật liệu và quy trình khác liên quan đến biến đổi khí hậu và tách khí công nghiệp như lọc oxy.
N.P.D