Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang là thách thức sinh tồn của nhân loại, việc phi carbon hóa các ngành công nghiệp cốt lõi trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Ngành hàng không, xương sống của giao thương và du lịch toàn cầu, lại là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính khó xử lý nhất. Giữa lúc đó, một tia hy vọng rực rỡ đã ló dạng từ đỉnh núi Alps: các nhà khoa học Thụy Sĩ đã tạo ra một công nghệ đột phá, biến những yếu tố sẵn có và vô tận – ánh nắng mặt trời, nước và không khí – thành nhiên liệu phản lực carbon trung tính.
Phát minh này không chỉ là một thành tựu khoa học đáng kinh ngạc mà còn là một lộ trình khả thi hướng tới một tương lai hàng không bền vững, nơi những chuyến bay không còn là gánh nặng cho hành tinh.
1. Bối Cảnh Khẩn Cấp: Gánh Nặng Carbon Của Ngành Hàng Không
Trước khi đi sâu vào công nghệ, điều quan trọng là phải hiểu quy mô của vấn đề. Ngành hàng không hiện chiếm khoảng 2-3% lượng khí thải CO₂ toàn cầu và con số này được dự báo sẽ tăng mạnh khi nhu cầu đi lại bằng đường hàng không phục hồi và phát triển sau đại dịch. Các giải pháp như máy bay điện vẫn còn đối mặt với những rào cản công nghệ khổng lồ về pin và tầm bay, trong khi nhiên liệu sinh học tuy tiềm năng nhưng lại gây lo ngại về an ninh lương thực và sử dụng đất. Do đó, thế giới cần một loại nhiên liệu "drop-in" – nhiên liệu có thể sử dụng ngay trên các máy bay hiện có mà không cần thay đổi động cơ hay cơ sở hạ tầng – và đó chính là mục tiêu mà công nghệ của Thụy Sĩ đang hướng tới.
2. Đột Phá Từ Đỉnh Alps: Bên Trong Lò Phản Ứng Năng Lượng Mặt Trời
Tại một cơ sở nghiên cứu ngập tràn ánh nắng ở Zurich, các nhà khoa học từ trường Đại học ETH Zurich đã xây dựng thành công một nhà máy thí điểm minh chứng cho khái niệm táo bạo này. Đây không phải là mô phỏng lý thuyết, mà là một hệ thống hoàn chỉnh, hoạt động ngoài trời, thu giữ các yếu tố từ môi trường và tạo ra sản phẩm cuối cùng.
Quá trình này có thể được chia thành ba giai đoạn chính:
- Tập trung Năng lượng Mặt trời: Một giàn gương phản chiếu (heliostat) có khả năng theo dõi chuyển động của mặt trời, tập trung bức xạ với cường độ cực lớn vào một điểm duy nhất trên đỉnh một tòa tháp. Năng lượng hội tụ này tạo ra nhiệt độ lên tới 1.500°C (1500∘C) bên trong lò phản ứng trung tâm.
- Phản ứng Nhiệt-Hóa học Phân tách Phân tử: Lõi của lò phản ứng chứa một cấu trúc gốm xốp làm từ Oxit Ceri (Cerium Oxide - CeO 2). Ở nhiệt độ cực cao, vật liệu này giải phóng một phần nguyên tử oxy của nó. Sau đó, khí CO₂ và hơi nước (H₂O) được lấy trực tiếp từ không khí xung quanh sẽ được bơm vào lò phản ứng. Do "khát" oxy, Oxit Ceri sẽ lấy nguyên tử oxy từ các phân tử CO₂ và H₂O, giải phóng ra một hỗn hợp khí gọi là khí tổng hợp (syngas) – bao gồm Hydro (H₂) và Carbon Monoxide (CO). Về bản chất, đây là quá trình đảo ngược của sự đốt cháy.
- Chuyển đổi thành Nhiên liệu Lỏng: Khí tổng hợp sau đó được dẫn đến một bộ phận thứ hai, nơi nó được xử lý qua quy trình Fischer-Tropsch, một phương pháp công nghiệp đã được biết đến. Tại đây, dưới tác động của chất xúc tác và áp suất, hỗn hợp H₂ và CO được tái sắp xếp để tạo thành các chuỗi hydrocarbon mạch dài, tạo ra nhiên liệu lỏng tổng hợp, cụ thể là dầu hỏa (kerosene) – thành phần chính của nhiên liệu phản lực.
3. Ưu Điểm Vượt Trội: Chu Trình Carbon Kín và Tính Tương Thích Hoàn Hảo
Điểm ưu việt nhất của công nghệ này nằm ở chu trình carbon khép kín (closed-loop carbon cycle). Lượng khí CO₂ thải ra khi đốt nhiên liệu này trên máy bay chính xác bằng với lượng CO₂ đã được thu giữ từ không khí để sản xuất ra nó. Kết quả là, quy trình này hoàn toàn trung hòa về carbon, không bổ sung thêm khí nhà kính vào bầu khí quyển.
Hơn nữa, nhiên liệu phản lực tổng hợp này có thành phần hóa học không thể phân biệt được với nhiên liệu gốc dầu mỏ. Điều này có nghĩa là nó có thể được sử dụng ngay lập tức trong hàng triệu động cơ phản lực hiện có và tương thích với toàn bộ cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu toàn cầu mà không cần bất kỳ sự nâng cấp tốn kém nào.
4. Thách Thức và Lộ Trình Phía Trước: Từ Thí Điểm Đến Thương Mại Hóa
- Mặc dù mang tính cách mạng, công nghệ vẫn còn một chặng đường dài để đi từ nhà máy thí điểm đến việc ứng dụng trên quy mô toàn cầu.
- Hiệu suất và Chi phí: Hiện tại, hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng mặt trời thành nhiên liệu còn tương đối thấp và chi phí sản xuất cao hơn đáng kể so với nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tin rằng với việc tối ưu hóa vật liệu và quy trình, hiệu suất có thể được cải thiện và chi phí sẽ giảm khi sản xuất ở quy mô lớn.
- Quy mô sản xuất: Nhà máy thí điểm hiện chỉ sản xuất được vài lít nhiên liệu mỗi ngày. Để cung cấp cho ngành hàng không, cần phải xây dựng các nhà máy năng lượng mặt trời khổng lồ, có diện tích hàng km vuông, đặt tại các khu vực có bức xạ mặt trời cao và ổn định như sa mạc.
- Thương mại hóa: Để hiện thực hóa tầm nhìn này, công ty spin-off từ ETH Zurich mang tên Synhelion đã được thành lập. Công ty này đang tích cực làm việc để xây dựng nhà máy thương mại đầu tiên và đã ký kết hợp tác với các hãng hàng không lớn như Lufthansa Group để thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu hàng không bền vững (SAF).
5. Tầm Nhìn Tương Lai: Viết Lại Quy Tắc Cho Ngành Hàng Không
Dù còn nhiều thách thức, phát minh của các nhà khoa học Thụy Sĩ đã chứng minh một cách thuyết phục rằng việc sản xuất nhiên liệu phản lực carbon trung tính từ các nguồn tài nguyên vô tận là hoàn toàn khả thi. Nó không chỉ định vị Thụy Sĩ ở vị trí tiên phong trong cuộc cách mạng năng lượng sạch mà còn mang đến một lộ trình thực tế để ngành hàng không có thể tiếp tục kết nối thế giới mà không hủy hoại nó.
Nếu được nhân rộng trên khắp các vành đai sa mạc của hành tinh, công nghệ này có tiềm năng viết lại các quy tắc của ngành vận tải. Những chuyến bay, vốn từng bị xem là "cơn ác mộng carbon", có thể trở thành một phần của giải pháp khí hậu. Đây là một bước nhảy vọt không chỉ về công nghệ, mà còn là một bước tiến đầy hy vọng cho một tương lai bền vững và ít phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Thế Anh.
