Thành phần carbon trong dầu mỏ và than đá được dùng để chế tạo ra hàng loạt sản phẩm phục vụ đời sống như nhiên liệu, nhựa, sơn, chất tẩy, dược phẩm… Đáng tiếc là hầu hết lượng carbon, đặc biệt là từ nhiên liệu hóa thạch, cuối cùng bị thải ra môi trường dưới dạng khí carbon dioxide (CO2) – tác nhân chính gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, sự vô dụng của khí CO2 có thể chẳng kéo dài lâu bởi các nhà hóa học đang phát triển nhiều công nghệ biến khí CO2 thành nhiên liệu hoặc sử dụng vào qui trình sản xuất các sản phẩm nhựa vốn được làm từ dầu mỏ. Những bước tiến này hứa hẹn sẽ giảm thiểu lượng khí CO2 trong khí quyển, và tình trạng phát thải CO2 sẽ không còn là vấn đề nóng như hiện nay.
Chuyển hóa thành nhiên liệu
Một giải pháp nhằm cung cấp năng lượng cần thiết để chuyển đổi thành phần carbon trong CO2 thành chất hữu dụng là sử dụng điện và chất xúc tác để biến CO2 thành carbon monoxide (CO), thậm chí thành một dạng nhiên liệu giống methanol.
Các nhà nghiên cứu đang cố gắng chuyển hóa CO2 trở lại thành nhiên liệu bằng cách ứng dụng các phương pháp tương tự như quá trình quang hợp của cây xanh – nghĩa là dùng năng lượng trong ánh sáng để biến đổi CO2 thành các phân tử có năng lượng cao hơn. Bên cạnh đó, một số chuyên gia cũng thử tận dụng khả năng quang hợp trực tiếp của cây xanh để biến CO2 thành những phân tử có tiềm năng trở thành nhiên liệu.
Nguyên liệu sản xuất nhựa
CO2 có thể thế chỗ khí phosgene độc hại trong quá trình sản xuất nhựa. Toshiyasu Sakakura và cộng sự ở Viện Khoa học và Công nghệ chuyên sâu ở Nhật phát triển được một chất xúc tác giúp chuyển hóa hiệu quả CO2 và methanol thành nguyên liệu nhựa. Trước nay, quá trình tổng hợp nguyên liệu nhựa đòi hỏi phải có phosgene, hợp chất có nguồn gốc từ dầu mỏ, rất dơ và cực độc, từng được sử dụng làm vũ khí hóa học trong Thế chiến thứ I.
Theo Toshiyasu, do không phải sử dụng phosgene nên qui trình sản xuất nhựa với CO2 tương đối đơn giản và sạch, đồng thời không sinh ra nhiều chất thải – chủ yếu chỉ là nước. Theo đó, CO2 có thể phản ứng với nhóm hóa chất epoxide để tạo ra polycarbonate – loại nhựa bền, trong suốt dùng để sản xuất đĩa compact, kính mát, cửa chống đạn, tấm lợp lấy sáng…
Thông thường, các chất xúc tác dùng trong quá trình sản xuất nhựa thường có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, nên việc sử dụng CO2 có thể giúp giảm bớt nhu cầu dầu mỏ. Nhà hóa học Geoffrey Coates thuộc Đại học Cornell (Mỹ) đã tạo ra polymer chứa 30-50% thành phần CO2. Ông dùng chất epoxide có nguồn gốc từ tinh dầu vỏ cam làm chất xúc tác chế biến nhựa với CO2. Hiện Coates đang thương mại hóa các sản phẩm nhựa làm từ CO2, và những loại polymer khác “thân thiện môi trường”.
Một số chuyên gia cho rằng, ngay cả khi chúng ta loại bỏ hết vai trò của nhiên liệu hóa thạch trong quá trình chế tạo nhựa thì việc tạo ra nhựa từ CO2 thu gom ở các nhà máy điện và khu công nghiệp cũng không thể đẩy lùi hiện tượng biến đổi khí hậu, nhất là khi nhân loại vẫn còn lệ thuộc quá nhiều vào nhiên liệu hóa thạch.
Chẳng hạn, năm 2005, tổng sản lượng polymer trên toàn thế giới ước đạt khoảng 260 triệu tấn trong khi lượng khí CO2 thải ra môi trường lại cao hơn 100 lần. Tuy vậy, theo chuyên gia Christopher Rayner của Đại học Leeds (Anh), việc sử dụng CO2 thay thế nguyên liệu hóa dầu trong sản xuất nhựa có ý nghĩa rất lớn bởi nó giúp “kéo dài tuổi thọ” của các nguồn nguyên liệu hóa dầu hiện có. Rayner hiện đang nghiên cứu phát triển axít formic, có thể dùng trong pin nhiên liệu, từ CO2 và hyđrô.
