Kỷ nguyên mới biến than đá thành nguồn điện không phát thải CO₂

Công nghệ được nhóm nghiên cứu của Học giả Xie Heping tại Đại học Thâm Quyến dẫn dắt, công nghệ này hứa hẹn thay đổi hoàn toàn việc sử dụng than bằng cách chuyển hóa trực tiếp năng lượng hóa học thành điện mà không cần đốt cháy, mang lại hiệu suất cao hơn và phát thải CO₂ gần như bằng không, trong bối cảnh Trung Quốc đang là quốc gia tiêu thụ than lớn nhất thế giới.

Công nghệ ZC-DCFC thể hiện rõ chiến lược của Trung Quốc trong việc dung hòa giữa nhu cầu năng lượng khổng lồ và cam kết giảm phát thải.

Nhóm nhà khoa học Trung Quốc lần đầu tiên phát triển thành công pin nhiên liệu than trực tiếp gần như không phát thải carbon (ZC-DCFC). Ảnh minh họa: SCMP

Công nghệ ZC-DCFC (Zero-Carbon-Emission Direct Coal Fuel Cell) hoạt động theo nguyên lý oxy hóa điện hóa trực tiếp, hoàn toàn khác biệt với nhà máy nhiệt điện than truyền thống.

Than được nghiền mịn, sấy khô, loại bỏ tạp chất và xử lý bề mặt trước khi đưa vào buồng anot của pin nhiên liệu. Tại đây, than tham gia phản ứng điện hóa qua màng oxit đặc biệt, giải phóng electron tạo ra dòng điện một chiều mà không trải qua quá trình đốt cháy.

Toàn bộ năng lượng hóa học được chuyển hóa trực tiếp thành điện, bỏ qua hơi nước, tuabin và chu kỳ nhiệt. CO₂ sinh ra trong phản ứng được thu hồi và chuyển hóa ngay tại chỗ (in-situ conversion), giúp hệ thống đạt mức gần zero carbon emission.

Cấu trúc chính gồm ba mô-đun: tiền xử lý nhiên liệu, bộ pin DCFC hiệu suất cao và hệ thống xử lý CO₂, đảm bảo dòng vật liệu và năng lượng được kiểm soát chặt chẽ.

Với nhà máy than thông thường bị giới hạn bởi chu kỳ Carnot với hiệu suất thực tế chỉ khoảng 35-45% thì công nghệ mới ZC-DCFC có tiềm năng đạt hiệu suất lý thuyết vượt trội nhờ chuyển đổi trực tiếp, giảm thiểu mất mát nhiệt.

Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển một loại pin chạy bằng than có khả năng tạo ra điện mà không phát thải CO2. Ảnh: startupfortune.com

Trong quá trình nghiên cứu từ năm 2018 đến nay, nhóm đã cải tiến vật liệu điện cực, xử lý nhiên liệu và thiết kế pin, khắc phục được các hạn chế trước đây như mật độ công suất thấp và tuổi thọ pin ngắn.

Tuy nhiên, ZC-DCFC hiện vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu khung kỹ thuật và thí điểm quy mô nhỏ. Các thách thức lớn nhất là mở rộng quy mô công nghiệp, đảm bảo ổn định dài hạn của pin dưới điều kiện áp suất cao, nhiệt độ lớn và môi trường ăn mòn dưới lòng đất.

Việc tích hợp robot hóa lắp đặt, quản lý nhiệt độ và kiểm soát phản ứng cũng đòi hỏi thêm thời gian và đầu tư. Hiện công nghệ chưa đạt mức thương mại hóa rộng rãi, nhưng các tiến bộ liên tục cho thấy khả năng hiện thực hóa trong tương lai gần.

Bên cạnh đó, một ứng dụng tiềm năng khác là khai thác than sâu dưới lòng đất: than được chuyển hóa ngay tại chỗ thành điện, không cần đưa lên mặt đất, giảm chi phí vận chuyển và tác động môi trường.

Nếu được hoàn thiện và triển khai, công nghệ này không chỉ giúp duy trì vai trò của than trong hệ thống điện mà còn cung cấp mô hình “than sạch” cho nhiều quốc gia khác đang phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Đây là bước tiến quan trọng hướng tới một tương lai năng lượng nơi than không còn là nguồn gây ô nhiễm mà trở thành tài nguyên được khai thác hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Đỗ Phương, theo scmp.com