“Thỏa thuận Xanh" (một tập hợp sáng kiến chính sách của Ủy ban châu Âu) được đưa ra vào năm 2019, kêu gọi giảm phát thải khí nhà kính trong EU xuống mức bằng 0 vào năm 2050. Thỏa thuận này cần có các quy trình sáng tạo để tách và giữ lại CO2 khỏi khí thải và các hỗn hợp khí khác để không phát tán vào khí quyển. Vật liệu được phát triển tại trường Đại học Bayreuth có ưu điểm cơ bản vượt trội hơn các quá trình phân tách trước đây: Vật liệu có khả năng khử hoàn toàn CO2 khỏi hỗn hợp khí mà không liên kết hóa học với CO2. Hỗn hợp khí này có thể là khí thải từ các nhà máy công nghiệp, nhưng cũng có thể là khí thiên nhiên hoặc khí sinh học. Trong tất cả những trường hợp này, CO2 tích tụ trong các hốc của vật liệu chỉ do tương tác vật lý. Từ đó, nó có thể được giải phóng mà không tiêu tốn nhiều năng lượng để có sẵn như một nguồn tài nguyên cho sản xuất công nghiệp. Do đó, về mặt hóa học, quá trình tách hoạt động theo nguyên tắc hấp phụ vật lý. Giống như một bể lưu trữ rộng, vật liệu mới có thể chứa đầy CO2 và thải khí này theo cách tiết kiệm năng lượng. Trong phòng thí nghiệm của trường Đại học Bayreuth, vật liệu được thiết kế theo cách này để chỉ tách CO2 và không tách khí khác khỏi hỗn hợp khí đa dạng nhất.

"Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã thành công trong việc thiết kế loại vật liệu hoàn thành hai nhiệm vụ cùng một lúc. Một mặt, các tương tác vật lý với CO2 đủ mạnh để giải phóng và giữ lại khí nhà kính này khỏi hỗn hợp khí. Mặt khác, các tương tác đủ yếu để cho phép giải phóng CO2 khỏi vật liệu mà chỉ mất ít năng lượng”, Martin Riess, đồng tác giả nghiên cứu nói.

Vật liệu mới là dạng kết hợp giữa vô cơ-hữu cơ. Cơ sở hóa học là các khoáng chất đất sét bao gồm hàng trăm tiểu cầu thủy tinh riêng lẻ. Chúng chỉ dày một nanomet và được sắp xếp chồng lên nhau. Giữa các tấm thủy tinh riêng lẻ có các phân tử hữu cơ hoạt động như chất đệm. Hình dạng và tính chất hóa học của chúng đã được lựa chọn để các khoảng trống tạo ra được điều chỉnh tối ưu để tích tụ CO2. Chỉ các phân tử CO2 mới có thể thâm nhập vào hệ thống lỗ xốp của vật liệu và được giữ lại khí trong đó. Ngược lại, mêtan, nitơ và các thành phần khí thải khác phải ở bên ngoài do kích thước phân tử của chúng. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hiệu ứng rây phân tử để tăng tính chọn lọc của vật liệu với CO2. Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu phát triển hệ thống màng dựa vào khoáng sét, được thiết kế để tách CO2 liên tục, có chọn lọc và tiết kiệm năng lượng khỏi hỗn hợp khí.

Sự phát triển của vật liệu mới để tách và cung cấp CO2 đã được thực hiện nhờ vào một hệ thống đo lường đặc biệt thiết lập trong các phòng thí nghiệm của trường Đại học Bayreuth, cho phép xác định chính xác lượng khí bị hấp phụ và tính chọn lọc của vật liệu hấp phụ. Điều đó cho phép các quy trình công nghiệp được tái tạo một cách thực tế. "Tất cả các tiêu chí liên quan đến đánh giá các quy trình tách CO2 công nghiệp đã được hoàn tất nhờ có vật liệu của chúng tôi. Vật liệu có thể được sản xuất với chi phí hiệu quả và không chỉ góp phần quan trọng giảm lượng khí thải CO2 công nghiệp, mà còn cho quá trình xử lý khí sinh học và khí thiên nhiên có tính axit", Martin Riess nói.