Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã đưa ra một phương thức mới để khai thác khí mêtan thải.
Khí mêtan là tài nguyên thiên nhiên khổng lồ thường được xử lý bằng cách đốt cháy nhưng trong nghiên cứu mới, việc thu khí mêtan trở nên dễ dàng hơn để sử dụng làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu hóa học.
Hiện nay, nhiều giếng dầu đốt khí mêtan thông qua quy trình được gọi là flaring và mỗi năm thải ra 150 tỷ m3 khí mêtan và 400 triệu tấn CO2, góp phần lớn gây nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, phát thải khí khí mêtan chưa được đốt cháy sẽ gây hại cho môi trường vì mêtan có cường độ mạnh hơn CO2.
Các giếng dầu nơi khí mêtan được đốt cháy, chủ yếu là để lấy dầu mỏ; khí mêtan chỉ là sản phẩm phụ. Ở những nơi thuận lợi cho hoạt động này, mêtan được thu lại và sử dụng để sản xuất điện hoặc hóa chất. Tuy nhiên, cần có thiết bị đặc biệt để làm mát và điều áp khí, cũng như các thùng chứa điều áp hoặc đường ống đặc biệt để vận chuyển khí. Ở nhiều nơi như các giàn khoan ngoài khơi hoặc các mỏ dầu ở xa không có hạ tầng cần thiết, hoạt động khai thác khí không khả thi về mặt kinh tế.
Tuy nhiên hiện nay, GS hóa học Yogesh Surendranath và nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách sử dụng điện từ các nguồn tài tạo để biến đổi mêtan thành các chất dẫn xuất metanol - chất lỏng được dùng làm nhiên liệu ô tô hoặc tiền chất cho nhiều loại sản phẩm hóa học. Phương pháp mới sẽ cho phép chuyển đổi mêtan với chi phí thấp tại các địa điểm xa và mở đường cho việc sử dụng nguồn cung cấp khí mêtan lớn bị thải loại.
Các quy trình công nghiệp hiện nay để chuyển đổi khí mêtan thành các dạng hóa chất lỏng trung gian đòi hỏi nhiệt độ hoạt động rất cao và thiết bị đắt đỏ và cồng kềnh. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã phát triển được một quy trình điện hóa ở nhiệt độ thấp liên tục bổ sung chất xúc tác để thực hiện nhanh việc chuyển đổi. Điện cung cấp cho các hệ thống này có thể bắt nguồn từ các tuabin gió hoặc các tấm pin mặt trời đặt gần hệ thống. Quá trình điện hóa có thể cung cấp một phương thức để biến đổi khí mêtan từ xa nơi có nhiều trữ lượng mêtan.
Mêtan đóng vai trò là nhiên liệu chuyển tiếp. Tuy nhiên, nhiên liệu có giá trị này hiện đang được đốt cháy, lại có khối lượng lớn "đáng kinh ngạc". Từ các hình ảnh vệ tinh của trái đất vào ban đêm, thậm chí có thể quan sát thấy khối lượng lớn mêtan thải loại này tại các khu vực như mỏ dầu Bakken ở Bắc Dakota, sáng rực như các khu đô thị lớn do mêtan cháy. Theo các đánh giá của Ngân hàng thế giới, hiện tượng mêtan cháy trên toàn cầu làm lãng phí khối lượng khí tương đương với khoảng 1/5 lượng khí thiên nhiên được tiêu thụ ở Hoa Kỳ.
Theo GS Surendranath, khi khí mêtan cháy thay vì phát thải trực tiếp, "bạn đang giảm gây hại đến môi trường, nhưng lại đang gây lãng phí năng lượng". Việc tìm ra một phương thức để chuyển đổi khí mêtan với chi phí thấp đủ để áp dụng tại các vùng sâu vùng xa "là một thách thức lớn đối với ngành hóa học trong nhiều thập kỷ qua". Mêtan khó chuyển đổi là do liên kết cacbon-hydro trong phân tử mêtan chống lại lực phá vỡ và đồng thời có nguy cơ phản ứng quá mức và kết thúc bằng một quá trình phá huỷ sản phẩm cuối cùng.
Các chất xúc tác khắc phục hạn chế này đã được nghiên cứu trong nhiều năm qua, nhưng thường cần sử dụng những hóa chất mạnh để hạn chế tốc độ phản ứng. Bước tiến mới quan trọng là bổ sung lực truyền động có thể được điều chỉnh để tạo ra các chất xúc tác mạnh hơn với tốc độ phản ứng rất cao.
Nguồn: Tạp chí khoa học và công nghệ Việt Nam