Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học thuộc Đại học Công nghệ Vienna (TU Wien) và Đại học Innsbruck, vừa được công bố trên tạp chí Chemistry of Materials vào tháng 6/2026. Công trình đã làm rõ cơ chế mà sự kết hợp giữa niken và zirconia ổn định có thể thúc đẩy quá trình chuyển đổi nước và CO₂ thành metan (CH4).
Điểm cốt lõi của nghiên cứu nằm ở một loại vật liệu trước đây được cho là chỉ đóng vai trò hỗ trợ. Nhóm nghiên cứu sử dụng điện cực xốp gồm niken trên nền zirconia ổn định bằng yttria (đất hiếm), sau đó cho tiếp xúc với hơi nước và khí CO₂.
Khi được cấp điện áp, hệ thống kích hoạt một chuỗi phản ứng hóa học, cuối cùng tạo thành CH₄ (metan) – thành phần chính của khí tự nhiên.
Khác với việc khai thác khí từ các mỏ nhiên liệu hóa thạch, phương pháp này sử dụng nguồn carbon đã được thu giữ trước đó để tạo ra nhiên liệu. Điều này đồng nghĩa với việc metan được sản xuất có thể sử dụng trên hạ tầng khí đốt hiện nay mà không làm phát sinh thêm CO₂ từ các nguồn carbon mới.
Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này hướng tới giải quyết một trong những thách thức lớn của quá trình chuyển đổi năng lượng: Làm thế nào để lưu trữ lượng điện tái tạo dư thừa vào những thời điểm điện mặt trời hoặc điện gió sản xuất vượt nhu cầu tiêu thụ.
GS. Günther Rupprechter, thuộc Viện Hóa học Vật liệu của TU Wien, cho biết việc chuyển đổi CO₂ thành nhiên liệu khí không phải là ý tưởng mới. Tuy nhiên, điểm khác biệt của nghiên cứu lần này là hướng tới loại bỏ sự phụ thuộc vào hydro được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, hay còn gọi là hydro đen hoặc hydro xám, vốn làm giảm lợi ích môi trường của toàn bộ quy trình.
Kết quả cho thấy zirconia không chỉ vận chuyển ion oxy như nhận định trước đây mà còn trực tiếp tham gia vào quá trình hình thành metan.
Theo cơ chế được nhóm nghiên cứu xác định, khi có điện áp tác động, carbon trước tiên bám lên các nguyên tử niken. Sau đó, một phần carbon di chuyển sang bề mặt zirconia, tạo thành hợp chất phản ứng giữa carbon và zirconi. Khi hợp chất này tiếp xúc với lượng nhỏ hơi nước, phản ứng tiếp tục diễn ra và tạo thành metan tái tạo.
Phát hiện này đã giúp các nhà khoa học xác định một con đường phản ứng hoàn toàn mới, đồng thời làm thay đổi cách hiểu trước đây về vai trò của zirconia trong quá trình tổng hợp nhiên liệu.
Mở ra hướng lưu trữ năng lượng tái tạo
Theo TS. Alexander Genest, thuộc TU Wien, chính đặc tính động của bề mặt zirconia là yếu tố mang tính quyết định trong cơ chế phản ứng mới được phát hiện.
Ông cho biết kết quả nghiên cứu mở ra triển vọng phát triển các tế bào điện phân có khả năng chuyển đổi lượng điện tái tạo dư thừa thành nhiên liệu tổng hợp.
Điều này đồng nghĩa với việc vào những ngày hệ thống điện mặt trời tạo ra sản lượng điện vượt nhu cầu sử dụng, lượng điện dư thừa có thể được dùng để sản xuất metan có khả năng lưu trữ lâu dài. Khi cần thiết, metan sẽ được sử dụng như một loại nhiên liệu, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác các nguồn năng lượng tái tạo và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Theo nhóm nghiên cứu, việc làm sáng tỏ cơ chế phản ứng không chỉ giúp hiểu rõ hơn quá trình chuyển đổi nước và CO₂ thành metan mà còn tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm phát triển nhiên liệu tổng hợp trung hòa carbon phục vụ hệ thống năng lượng trong tương lai.
Theo elconfidencial
Minh Khang
