Từ Idaho đến MIT, trên hành trình giảm thiểu khí metan

Từ Idaho đến MIT, trên hành trình giảm phát thải khí metan

Giữa tiếng vo ve của thiết bị vắt sữa và tiếng xào xạc của móng guốc bò, nghiên cứu sinh tiến sĩ Audrey Parker và các cộng tác viên của cô kéo một chiếc xe đẩy trên con đường đầy bụi trong một trang trại bò sữa, đo lường một loại khí nhà kính vô hình đang trôi nổi trong không khí. Hầu hết sinh viên kỹ thuật sẽ không nghĩ rằng nghiên cứu sau đại học của họ sẽ đưa họ đến một trang trại bò sữa, nhưng đối với Parker, đây là nơi một số giải pháp khí hậu có tác động lớn nhất đang ẩn hiện.

Cảnh tượng này là một phần trong công việc tiến sĩ của sinh viên kỹ thuật dân dụng và môi trường, khám phá các công nghệ tiên tiến nhưng thiết thực để giảm thiểu phát thải khí metan. Phát thải khí metan hiệu quả hơn nhiều trong việc giữ nhiệt trong khí quyển so với carbon dioxide. Các trang trại bò sữa là một nguồn phát thải khí metan lớn và chiếc xe đẩy của Parker mang theo các cảm biến để đo nồng độ metan.

Hiện đang ở năm thứ tư trong phòng thí nghiệm của Giáo sư Desirée Plata, Parker mong muốn được đến thăm những trang trại như vậy. Khi không bận đo đạc, cô có thể nhìn ra những cánh đồng nhấp nhô và nghĩ về quê hương.

Tuổi thơ ở Idaho

Parker lớn lên ở Boise, Idaho. Tuổi thơ của cô tràn ngập những chuyến đi phượt ba lô, trượt tuyết, cưỡi ngựa và tận hưởng những gì môi trường tự nhiên mang lại.

“Lớn lên, chúng tôi luôn ở bên ngoài,” cô nói. “Tôi biết cách ném cần câu trước khi biết cách đi xe đạp.”

Kinh nghiệm đó đã thúc đẩy Parker theo đuổi các nghiên cứu liên quan đến bảo tồn môi trường mà cô yêu thích. Cô theo học Đại học Boise State, nơi cô nghiên cứu phát triển vật liệu bền vững dưới sự hướng dẫn của Trợ lý trưởng khoa Paul Davis. Vào mùa hè trước năm cuối cấp, cô được chấp nhận vào Chương trình Nghiên cứu Mùa hè MIT (MSRP), chương trình trang bị cho sinh viên học sau đại học bằng cách đưa họ đến MIT để thực hiện nghiên cứu tiên tiến. Đó là nơi cô bắt đầu làm việc với Plata, Giáo sư Năng lượng và Khí hậu Xuất sắc của MIT.

“Họ làm rất tốt việc thu hút những người có xuất thân khác nhau,” Parker nói. “Mãi đến khi bắt đầu làm việc với Desirée, tôi mới bắt đầu áp dụng khoa học vật liệu như một công cụ để giảm phát thải khí nhà kính. Đó là một cái nhìn sâu sắc.”

Parker tốt nghiệp Đại học Boise State với tư cách là một trong Mười Học giả Xuất sắc nhất, danh hiệu học thuật cao nhất được trao cho sinh viên năm cuối tốt nghiệp, trước khi lái xe xuyên quốc gia để bắt đầu học tập tại MIT. Cô quyết định dành luận án tiến sĩ của mình để khám phá các chiến lược giảm thiểu khí metan, dựa trên kinh nghiệm từ MSRP.

Giảm thiểu khí metan

Trọng tâm của cô là phát thải khí metan từ hai nguồn: không khí thải ra từ các mỏ than và các trang trại bò sữa. Hai lĩnh vực này chiếm một phần lớn trong lượng khí thải metan do con người gây ra. Cả hai nguồn đều loãng so với giếng dầu hoặc khí đốt trung bình, điều này gây khó khăn cho việc thu giữ và chuyển đổi metan thành các phân tử ít gây hại cho môi trường hơn.

Parker cũng muốn làm việc với các thành viên cộng đồng tại hiện trường trong quá trình làm tiến sĩ để đảm bảo bất kỳ giải pháp kỹ thuật nào cô phát triển đủ thiết thực để triển khai trên quy mô lớn.

“Cách tiếp cận của Desirée là đảm bảo ngành công nghiệp nhận thức được những cách giá cả phải chăng và bền vững để loại bỏ khí metan khỏi hoạt động của họ, đồng thời kết hợp kiến thức chuyên môn sắc sảo mà các bên liên quan cung cấp,” Parker nói. “Tôi đánh giá cao rằng cô ấy tập trung không chỉ vào việc thực hiện công việc cho chương của luận án tiến sĩ, mà còn làm cho công việc của chúng tôi dẫn đến sự thay đổi thực tế.”

Nghiên cứu của Parker khám phá cả việc định lượng khí metan tại các nguồn phát thải và thiết kế các công nghệ có thể được sử dụng để chuyển đổi khí metan thành carbon dioxide, một phân tử có tiềm năng làm ấm khí hậu ít hơn đáng kể.

“Khí metan tự nhiên chuyển đổi thành carbon dioxide trong khoảng 12 năm trong khí quyển,” Parker giải thích. “Công nghệ chúng tôi làm việc chỉ đơn giản là tăng tốc quá trình tự nhiên này để đạt được lợi ích khí hậu trong ngắn hạn.”

Công nghệ chính mà Parker nghiên cứu là chất xúc tác làm từ zeolit, một khoáng chất phong phú và không đắt tiền với cấu trúc bên trong phức tạp như tổ ong. Parker pha tạp zeolit với đồng và khám phá các cách áp dụng nhiệt bên ngoài để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi metan hoàn toàn.

Parker và các cộng tác viên của cô đánh giá độ bền của vật liệu và hiệu suất của nó trong các điều kiện khác nhau. Nhận thấy rằng môi trường triển khai thực tế thường khó tái tạo trong phòng thí nghiệm, họ kiểm tra hiệu suất của chất xúc tác trong các trang trại bò sữa đang hoạt động. Trong một bài báo năm 2025, cô đã phân tích việc sử dụng năng lượng nhiệt để duy trì quá trình đốt cháy metan trong vật liệu xúc tác, trình bày chi tiết khi nào cách tiếp cận này thực sự mang lại lợi ích khí hậu ròng.

“Nếu nồng độ metan của bạn thấp và bạn phải cung cấp quá nhiều năng lượng vào hệ thống của mình, bạn có thể trở nên gây hại cho khí hậu, nhưng cũng có một bối cảnh nơi nó có lợi,” Parker giải thích. “Hiểu được sự đánh đổi đó xảy ra ở đâu là rất quan trọng để đảm bảo các công nghệ giảm thiểu của bạn đang mang lại những lợi ích mà bạn đang dự đoán.”

Kiểu tư duy cấp hệ thống đó là cần thiết để hiểu những tác động lâu dài của các hệ thống khí hậu liên kết với nhau.

“Nó đặt ra một khuôn khổ mà những người khác có thể sử dụng cho các công nghệ giảm thiểu của họ,” Parker nói. “Có những sự đánh đổi với ev