Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley (Mỹ) phát minh ra loại vật liệu dạng bột có khả năng hấp thụ carbon dioxide (CO2) với hiệu suất đáng kinh ngạc. Chỉ 200g bột này có thể hút tới 20kg CO2, tương đương lượng CO2 một cây xanh hấp thụ trong cả năm.

Loại vật liệu mang tên COF-999, viết tắt của Covalent Organic Frameworks (khung hữu cơ cộng hóa trị), thuộc nhóm vật liệu tinh thể xốp với các lỗ lớn, diện tích bề mặt rộng và mật độ thấp. Đặc điểm này khiến COF-999 trở nên phù hợp cho công nghệ thu giữ trực tiếp không khí (DAC) qua quy trình hút CO2 hiện có ra khỏi không khí. Trong bối cảnh nồng độ CO2 trong khí quyển đang ở mức báo động như hiện nay, đây được xem là một bước đột phá quan trọng.

COF-999 do nhóm nghiên cứu đứng đầu bởi giáo sư hóa học Omar Yaghi tại Đại học California, Berkeley phát triển. Ông Yaghi cũng chính là người phát minh ra COF và đã nghiên cứu các vật liệu tương tự từ những năm 1990. Các lỗ xốp của COF-999 được bao phủ bởi các hợp chất amin có khả năng liên kết với phân tử CO2. Cấu trúc xốp này cho phép diện tích bề mặt lớn để thu giữ carbon, trong khi các liên kết cộng hóa trị của nó cực kỳ mạnh. Khi không khí đi qua lớp bột, các polyme amin cơ bản trong COF-999 sẽ liên kết với CO2 và giữ lại.

So với các vật liệu DAC trước đây sử dụng dung dịch amin trong nước, COF-999 có nhiều ưu điểm vượt trội. Vật liệu này có thể thu giữ CO2 ở nhiệt độ phòng mà không cần gia nhiệt. Nó cũng có thể được tái sử dụng ít nhất 100 lần mà không bị phân hủy hay giảm công suất, đồng thời có khả năng hấp thụ chọn lọc một lượng lớn CO2. Theo trưởng nhóm nghiên cứu Zihui Zhou chia sẻ với tờ LA Times, COF-999 thu giữ carbon dioxide "nhanh hơn ít nhất 10 lần" so với các vật liệu DAC khác.

Sau khi bột COF-999 đã thu giữ CO2, nó có thể được làm nóng đến 60°C để giải phóng CO2. Lượng CO2 này sau đó có thể được lưu trữ vĩnh viễn trong các cấu trúc địa chất dưới lòng đất để tránh gây ô nhiễm bầu khí quyển hoặc được sử dụng để sản xuất các vật liệu như bê tông và nhựa. Tuy có một số nhà máy DAC đang hoạt động hoặc đang được xây dựng trên thế giới, chi phí vận hành vẫn còn cao và tiêu tốn nhiều năng lượng.

Theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, chi phí loại bỏ 1 tấn CO2 khỏi không khí hiện nay dao động từ 600 đến 1.000 USD. Cơ quan này cũng lưu ý vào năm ngoái rằng con số này cần giảm xuống dưới 200 USD để công nghệ này được áp dụng rộng rãi.

Đối với COF-999, vật liệu này cần được thử nghiệm và tinh chỉnh thêm trước khi được đưa vào sử dụng rộng rãi. Giáo sư Yaghi cho biết quá trình này có thể mất khoảng hai năm. Vật liệu có thể được tối ưu hóa để thu giữ nhiều CO2 hơn và tăng thêm nhiều chu kỳ thu giữ hơn trước khi bị phân hủy.

Chi phí sản xuất COF-999 vẫn chưa được công bố rõ ràng, do đó chưa thể xác định được mức độ đóng góp của nó trong việc giảm chi phí DAC. Tuy nhiên, giáo sư Yaghi lưu ý rằng việc sản xuất COF-999 không đòi hỏi nguyên liệu đắt tiền.

Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho biết, hiện chúng ta chỉ đang thu giữ 0,01 megaton CO2 mỗi năm trên toàn thế giới. Con số này chỉ chiếm một phần rất nhỏ so với 85 megaton cần loại bỏ hàng năm vào năm 2030. Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu ước tính chúng ta cần loại bỏ tới 10 tỷ tấn CO2 mỗi năm vào năm 2050 để đạt được mức phát thải ròng bằng 0.

Rõ ràng còn rất nhiều việc phải làm và hy vọng chúng ta sẽ thấy nhiều phát minh tương tự như loại bột màu vàng kỳ diệu của giáo sư Yaghi trong tương lai gần.

Nghiên cứu về COF-999 đã được công bố trên tạp chí Nature.