Khí CO2 lỏng được dùng để làm gì?

CO2 thường chỉ được biết đến là một trong những khí góp phần làm gia tăng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Điều đó hoàn toàn đúng, nhưng chưa phải là toàn bộ câu chuyện. Ít ai biết rằng chính loại khí này lại đang âm thầm giữ vai trò quan trọng trong nhiều quy trình sản xuất hiện đại. Vậy, khí CO2 lỏng được dùng để làm gì, và vì sao nó lại trở thành nguyên liệu không thể thiếu trong rất nhiều lĩnh vực? Hãy cùng khám phá ngay sau đây.

Không chỉ quen thuộc với con người, khí CO2 hóa lỏng còn là một mắt xích quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Ảnh: Shutterstock.

Khi nhắc đến carbon dioxide (CO2), chúng ta thường chỉ nghĩ đến loại khí có góp mặt gây ra hiệu ứng nhà kính ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu. Thế nhưng trong công nghiệp, CO2 lỏng lại là một nguyên liệu cực kỳ giá trị có mặt trong bia và các loại nước ngọt có ga, góp phần tạo nên đá khô, hay góp mặt trong hàng loạt quy trình từ sản xuất thực phẩm, y tế cho đến điện lạnh, nông nghiệp, khai thác dầu khí, bảo quản lạnh vận hành những hệ thống làm lạnh hiện đại. Khí CO2 lỏng đang âm thầm phục vụ hàng loạt ngành công nghiệp mà ít người từng để ý.

Vì sao khí CO2 được lưu trữ ở dạng lỏng?

Trong vô số lý do khác nhau thì đơn giản nhất là tiết kiệm không gian. Điểm đặc biệt là carbon dioxide ở dạng lỏng có khả năng chứa được lượng khí rất lớn trong một thể tích nhỏ. Khi được hóa lỏng, cùng một bồn chứa có thể lưu giữ lượng CO2 nhiều hơn khoảng 550 lần so với khi để ở trạng thái khí dưới áp suất khí quyển. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển, lưu trữ cũng như số lần nạp khí. Bên cạnh đó, việc cấp khí trở nên an toàn, tiết kiệm và hiệu quả hơn nhiều so với khi nó ở trạng thái khí thông thường. Khi cần sử dụng, CO2 lỏng có thể nhanh chóng chuyển thành khí hoặc đá khô để đáp ứng từng mục đích khác nhau.

Thông thường, carbon dioxide hóa lỏng được bảo quản trong các bồn cách nhiệt chuyên dụng ở nhiệt độ khoảng -18°C và áp suất gần 250 psi. Điều kiện này giúp duy trì trạng thái ổn định, sẵn sàng được hóa hơi hoặc tạo thành tuyết CO2 ngay khi đi qua hệ thống van và đầu phun.

Ứng dụng của CO2 lỏng

Mặc dù được xem như một loại khí nhà kính nguy hại, song, điều thú vị là carbon dioxide lại đang âm thầm giữ vai trò quan trọng trong nhiều quy trình sản xuất hiện đại. Vậy, khí CO2 lỏng được dùng để làm gì?

Trong công nghiệp

• Khí CO2 lỏng là thành phần không thiếu để tạo ga cho nước giải khát, bia và các loại đồ uống có gas. Đó là lý do vì sao có hiện tượng bia có bọt khi được rót vào ly.
• Ở lĩnh vực hàn kim loại, CO2 đóng vai trò là khí bảo vệ giúp mối hàn ổn định hơn. Ngoài ra, khí này còn được sử dụng để tạo môi trường trơ trong bồn chứa và đường ống, hạn chế nguy cơ cháy nổ hoặc oxy hóa.
• Trong nông nghiệp công nghệ cao, CO2 được bổ sung vào nhà kính nhằm tăng tốc độ quang hợp của cây trồng.
• Giúp điều chỉnh độ pH trong xử lý nước mà không làm tăng lượng muối như nhiều loại hóa chất khác.
• Ngành thực phẩm cũng tận dụng khí này trong công nghệ đóng gói giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm tươi.

CO2 lỏng là nguyên liệu chính tạo ra đá khô. Ảnh: OSC.

Đá khô và hệ thống làm lạnh

Một trong những đặc tính thú vị nhất của khí carbon dioxide lỏng là khả năng giãn nở cực nhanh khi áp suất giảm. Quá trình này tạo ra lượng lớn khí lạnh và tuyết CO2, trở thành nền tảng của nhiều công nghệ như cấp đông thực phẩm, làm lạnh nhanh, phẫu thuật lạnh, hệ thống chữa cháy bằng CO2 hay sản xuất đá khô phục vụ vận chuyển thực phẩm đông lạnh và vệ sinh bề mặt.

Không chỉ dùng để tạo đá khô, chính khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa ba trạng thái rắn, lỏng và khí đã khiến CO2 trở thành một trong những môi chất làm lạnh đặc biệt nhất hiện nay. Ở các siêu thị, kho lạnh, nhà máy chế biến thực phẩm hay sân băng, CO2 tuần hoàn trong một chu trình kín để hấp thụ nhiệt từ khu vực cần làm lạnh, sau đó được máy nén đưa trở về trạng thái lỏng và tiếp tục chu trình mới.

So với nhiều môi chất lạnh tổng hợp truyền thống, CO2 làm việc rất hiệu quả ở nhiệt độ thấp. Đồng thời, chỉ số GWP (Global Warming Potential) của carbon dioxide chỉ bằng 1, thấp hơn rất nhiều so với nhiều môi chất HFC có chỉ số vượt hơn 1.400, đây là lý do ngày càng nhiều hệ thống điện lạnh trên thế giới chuyển sang sử dụng CO2 nhằm đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường.

Trong các trung tâm dữ liệu, nhà máy hóa chất và dây chuyền sản xuất quy mô lớn, khí CO2 lỏng còn được dùng để thu hồi nhiệt từ thiết bị. Độ nhớt thấp cùng khả năng truyền nhiệt tốt giúp giảm kích thước đường ống, tiết kiệm năng lượng cho hệ thống bơm và nâng cao hiệu suất vận hành.

Trong ngành giặt khô

Ít ai biết rằng carbon dioxide cũng có thể trở thành một dung môi làm sạch quần áo. Khác với dung môi perchloroethylene từng được sử dụng phổ biến trong ngành giặt khô, CO2 không để lại dư lượng hóa chất trên vải sau khi quá trình giặt kết thúc.

Cụ thể, khí này được bơm vào buồng giặt dưới áp suất cao để hòa tan dầu mỡ và các chất bẩn bám trên sợi vải. Sau khi hoàn thành chu trình, áp suất được giảm xuống khiến CO2 bay hơi hoàn toàn. Quần áo được lấy ra trong trạng thái sạch, khô, không còn mùi hóa chất và không cần trải qua công đoạn sấy.

Trong quy trình làm sạch cao

Ở nhiều ngành công nghệ, chỉ một hạt bụi có kích thước vài micromet cũng có thể khiến cả linh kiện trở nên vô giá trị. Đó là lý do CO2 lỏng được lựa chọn để làm sạch các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cực cao. Ví dụ,

• Trong sản xuất bán dẫn, CO2 giúp loại bỏ các hạt siêu nhỏ còn sót lại trên bề mặt wafer mà không để lại cặn nước hay hóa chất.
• Với ngành quang học, công nghệ này được sử dụng để vệ sinh thấu kính, gương, linh kiện laser và thiết bị quang khắc nhằm đảm bảo chất lượng truyền sáng.
• Đối với thiết bị y tế, CO2 lỏng có khả năng len vào những khe hẹp, ren vít hoặc các khoang nhỏ mà phương pháp vệ sinh thông thường khó tiếp cận. Điều này giúp giảm nguy cơ tồn dư tạp chất trước khi sản phẩm được khử trùng hoặc cấy ghép vào cơ thể.

Các kỹ sư trong phòng sạch sử dụng tuyết CO2 để làm sạch gương thử nghiệm phủ vàng cho Kính thiên văn không gian James Webb. Ảnh: Wikipedia.

Trong khai thác dầu khí

Khai thác dầu mỏ là một lĩnh vực tiêu thụ lượng carbon dioxide rất lớn. Sau nhiều năm khai thác, áp suất tự nhiên trong các mỏ dầu giảm dần khiến lượng dầu còn lại khó được đưa lên bề mặt. Lúc này, CO2 lỏng được bơm xuống lòng đất để hòa tan với dầu thô, làm giảm độ nhớt và tăng khả năng di chuyển của dầu về phía giếng khai thác. Phương pháp này được gọi là tăng cường thu hồi dầu (EOR) và hiện là một trong những ứng dụng tiêu thụ carbon dioxide lớn nhất tại khu vực Bắc Mỹ.

Ngoài EOR, CO2 lỏng còn được nghiên cứu như một giải pháp thay thế nước trong công nghệ nứt vỉa thủy lực. Thay vì phải sử dụng hàng triệu lít nước cho mỗi giếng khoan, CO2 được bơm ở áp suất cao để tạo các khe nứt trong tầng đá, sau đó tự chuyển thành khí và quay trở lại bề mặt. Giải pháp này đặc biệt phù hợp với những khu vực khan hiếm nước, các tầng đá phiến dễ trương nở khi tiếp xúc với nước hoặc các vùng có khí hậu lạnh, nơi chất lỏng gốc nước thường gặp nhiều hạn chế trong quá trình vận hành.

Kết luận

Hiện nay, CO2 lỏng là một mắt xích quan trọng của nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Nhờ khả năng lưu trữ hiệu quả, chuyển đổi linh hoạt giữa các trạng thái và đặc tính truyền nhiệt vượt trội giúp nó hiện diện trong mọi lĩnh vực từ thực phẩm, y tế, điện lạnh đến sản xuất công nghệ cao và khai thác năng lượng.

Khi nhu cầu về các giải pháp an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường ngày càng tăng, CO2 lỏng sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của nhiều ngành công nghiệp trong tương lai. Ngay lúc này, nếu bạn đang tìm nhà cung cấp CO2 lỏng uy tín và chất lượng với chi phí hợp lý, đừng ngại liên hệ ngay với KPTCHEM để được hỗ trợ 24/7. Chúng tôi có khả năng lưu trữ CO2 hóa lỏng lên đến 1000 tấn, cùng hệ thống xe bồn đông lạnh chuyên dụng đảm bảo vận chuyển hóa chất an toàn đến tận tay khách hàng.