Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã tìm ra cách để loại bỏ khí thải cacbon từ hoạt động sản xuất xi măng - phát thải khối lượng lớn khí nhà kính trên toàn cầu (chiếm 8% tổng phát thải). Thậm chí, phương pháp mới còn tạo ra một số sản phẩm hữu ích khác. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí PNAS.

​

GS. Yet-Ming Chiang, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Hiện nay, để sản xuất 1kg xi măng sẽ thải ra khoảng 1kg CO2. Mỗi năm, có từ 3 - 4 tỷ tấn xi măng được sản xuất nên khối lượng phát thải CO2 sẽ rất lớn. Con số này dự kiến sẽ tăng lên. Số lượng các tòa nhà trên toàn thế giới sẽ tăng gấp đôi vào năm 2060, tương đương với việc xây một thành phố New York mới cứ sau 30 ngày”. Vì vậy, nhóm nghiên cứu nảy ra ý tưởng sử dụng quy trình điện hóa để thay thế hệ thống phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch hiện nay.

Xi măng Portland thông thường, loại xi măng tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi, được sản xuất bằng cách nghiền đá vôi và sau đó nấu với cát và đất sét ở nhiệt độ cao, được tạo ra bằng cách đốt than. Quy trình này sản sinh CO2 theo hai cách khác nhau: từ đốt than và khí thải từ đá vôi trong quá trình đốt nóng. Quy trình mới sẽ loại bỏ hoặc giảm mạnh cả hai nguồn thải đó. Dù quy trình điện hóa cơ bản trong phòng thí nghiệm đã được chứng minh, nhưng sẽ đòi hỏi nhiều nghiên cứu hơn để mở rộng quy mô công nghiệp.

Trước hết, phương pháp mới có thể loại bỏ sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho quá trình sưởi ấm, thay thế điện được tạo ra từ các nguồn sạch, tái tạo. “Trong nhiều khu vực địa lý, điện tái tạo là loại điện giá rẻ và chi phí vẫn giảm” PGS. Chiang nói.

Quy trình mới tập trung vào sử dụng máy điện phân, trong đó pin được nối với hai điện cực trong một cốc nước, tạo ra bong bóng oxy từ một điện cực và bong bóng hydro từ bên kia khi điện tách các phân tử nước thành các nguyên tử cấu thành của chúng. Điều quan trọng, điện cực tạo nên oxy của máy điện phân tạo ra axit, trong khi điện cực tạo hydro sản sinh tạo ra một bazơ.

Trong quy trình mới, đá vôi nghiền thành bột được hòa tan trong axit ở một điện cực và CO2 có độ tinh khiết cao được giải phóng, trong khi canxi hydroxit, thường được gọi là vôi, kết tủa dưới dạng chất rắn. Canxi hydroxit sau đó có thể được xử lý trong một bước khác để sản xuất xi măng, chủ yếu là canxi silicat.

Sau đó, CO2 ở dạng lỏng tinh khiết, cô đặc, có thể dễ dàng được cô lập và khai thác để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng như nhiên liệu lỏng để thay thế xăng hoặc sử dụng cho các ứng dụng như thu hồi dầu hoặc thậm chí trong đồ uống có ga và đá khô. Kết quả là không có CO2 được thải ra môi trường từ toàn bộ quy trình này. Ngược lại, CO2 phát ra từ các nhà máy xi măng thường bị ô nhiễm nặng oxit nitơ, oxit lưu huỳnh, CO và các vật liệu khác mà khiến nó không thực tế để có thể sử dụng CO2.

Các tính toán cho thấy hydro và oxy cũng phát ra trong quá trình này có thể được kết hợp lại như trong pin nhiên liệu hoặc được đốt cháy để sản sinh đủ năng lượng cung cấp năng lượng cho toàn bộ quá trình, mà chỉ tạo ra hơi nước. Trong trình diễn tại lab, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bước điện hóa quan trọng cần có, sản xuất vôi từ canxi cacbonat, nhưng trên quy mô nhỏ. Dù công nghệ này đơn giản nhưng về nguyên tắc có thể dễ dàng mở rộng quy mô.