Cung cấp khí công nghiệp ứng dụng trong ngành công nghiệp và đời sống

Vai tro của khí CO2 trong công nghiệp và đời sống không chỉ bởi tính ứng dụng đa dạng mà còn bởi ảnh hưởng sâu rộng đến môi trường và sức khỏe con người. Bài viết sau công ty khí công nghiệp DAKHIEN sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về những vai trò thiết yếu của khí CO2 trong cả công nghiệp lẫn sinh hoạt hằng ngày.

1. Khí CO2 là gì? Đặc tính hóa học và vật lý nổi bật

Khí CO2 (carbon dioxide – điôxít cacbon) là một hợp chất hóa học tồn tại dưới dạng khí không màu, không mùi, không cháy và nặng hơn không khí. Công thức hóa học của CO2 gồm một nguyên tử carbon liên kết với hai nguyên tử oxy. Trong điều kiện tiêu chuẩn, khí CO2 có tỷ trọng khoảng 1.98 kg/m³ – cao hơn so với không khí, giúp tích tụ ở những nơi thấp hoặc không thông thoáng nếu không được xử lý đúng cách. 

Về đặc tính hóa học, CO2 có khả năng tan tốt trong nước và tạo thành axit carbonic (H₂CO₃) – một axit yếu. Tính chất này lý giải tại sao nước mưa tự nhiên có độ pH thấp hơn 7 và mang tính axit nhẹ. Trong môi trường kiềm, CO2 phản ứng với dung dịch bazơ mạnh như natri hydroxit (NaOH), kali hydroxit (KOH) để tạo ra muối cacbonat hoặc bicacbonat.

Xét về đặc tính vật lý, CO2 có khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa các trạng thái rắn, lỏng và khí. Ở áp suất bình thường, CO2 tồn tại dưới dạng khí. Tuy nhiên, khi bị nén và làm lạnh, nó có thể hóa lỏng hoặc chuyển sang trạng thái rắn – thường được gọi là băng khô (dry ice). Băng khô có nhiệt độ cực thấp, khoảng -78.5°C và có đặc điểm thăng hoa – tức chuyển trực tiếp từ rắn sang khí mà không qua giai đoạn lỏng. 

2. Ứng dụng của khí CO2 trong công nghiệp

Khí CO2 công nghiệp được sử dụng rộng rãi không chỉ vì tính chất hóa học đặc biệt mà còn vì khả năng thích ứng với nhiều môi trường làm việc khác nhau. Trong công nghiệp khí CO2 có thể ứng dụng trong các ngành như bên dưới đây: 

2.1 Trong ngành thực phẩm – đồ uống

CO2 được sử dụng trong quá trình tạo ga cho đồ uống có gas như nước ngọt, bia, rượu vang sủi tăm… mang lại cảm giác sảng khoái và tăng hương vị cho sản phẩm. Ngoài ra, CO2 còn góp phần ổn định chất lượng sản phẩm bằng cách loại bỏ oxy ra khỏi chai hoặc lon, giảm nguy cơ oxy hóa và kéo dài thời gian bảo quản.

Khí CO2 trong ngành thực phẩm đóng vai trò chính là bảo quản lạnh bằng băng khô hoặc CO2 dạng khí. Băng khô giúp bảo quản thực phẩm đông lạnh, hải sản, thịt tươi sống trong quá trình vận chuyển dài ngày mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng.

Bên cạnh đó, CO2 còn được sử dụng trong môi trường khí biến đổi (MAP – Modified Atmosphere Packaging), giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn, từ đó kéo dài thời hạn sử dụng mà không cần dùng chất bảo quản hóa học.

2.2 Trong ngành hàn và luyện kim

Trong lĩnh vực hàn, khí CO2 đóng vai trò là khí bảo vệ trong hàn MIG (Metal Inert Gas) – một trong những phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. CO2 bao quanh vùng hồ quang, ngăn không cho oxy và các khí khác tiếp xúc với kim loại nóng chảy, từ đó tạo ra mối hàn sạch, chắc chắn và ít lẫn tạp chất. 

Ngoài ra, CO2 còn được sử dụng như một môi trường khí hỗ trợ trong quá trình luyện kim, nhằm kiểm soát nhiệt độ, giảm thiểu sự ăn mòn của lò luyện và giúp tiết kiệm năng lượng. Tại một số nhà máy luyện kim tiên tiến, CO2 còn tham gia vào quy trình xử lý bề mặt kim loại, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm đầu ra, tăng tính ổn định và độ bền của vật liệu.

2.3 Trong ngành dầu khí và năng lượng

Ngành dầu khí là một trong những lĩnh vực ứng dụng CO2 ở quy mô công nghiệp lớn, đặc biệt là trong quy trình tăng cường thu hồi dầu (EOR – Enhanced Oil Recovery). Bằng cách bơm CO2 vào các giếng dầu đã khai thác, khí này làm giảm độ nhớt của dầu thô còn sót lại và giúp đẩy dầu về phía giếng khai thác. 

Ngoài ra, khí CO2 còn đóng vai trò trong các giải pháp năng lượng sạch hiện đại như thu gom và lưu trữ carbon (CCS – Carbon Capture and Storage). Trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, CO2 được thu giữ và đưa vào các mỏ sâu dưới lòng đất để cô lập, ngăn chặn việc thải ra khí quyển. 

3. Ứng dụng khí CO2 trong đời sống hằng ngày

Khí CO2 còn có mặt trong rất nhiều hoạt động gắn liền với đời sống hằng ngày của con người. Từ y tế, nông nghiệp đến bảo quản thực phẩm hay hệ thống an toàn phòng cháy, CO2 đã và đang chứng minh giá trị thiết thực, tiện lợi và hiệu quả cao.

3.1 Trong y tế và chăm sóc sức khỏe

Khí CO2 có vai trò quan trọng trong ngành y tế, nơi nó được sử dụng trong các phẫu thuật vì khả năng làm giãn nở mô, giúp bác sĩ có thể quan sát rõ ràng hơn trong quá trình phẫu thuật. Ngoài ra, CO2 tinh khiết đóng một vai trò thiết yếu trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu, giúp tạo môi trường ổn định cho các thí nghiệm sinh học, đặc biệt với thực vật.

3.2 Trong lĩnh vực nông nghiệp

Khí CO2 giữ vai trò không thể thiếu trong các nhà kính trồng cây, nơi mà việc bổ sung CO2 giúp thúc đẩy quá trình quang hợp, từ đó gia tăng tốc độ sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây trồng. Đặc biệt, trong môi trường nhà kính khép kín, nồng độ CO2 tự nhiên thường thấp, nên việc bổ sung định kỳ là biện pháp thiết yếu.

Bên cạnh đó, CO2 cũng được ứng dụng trong kiểm soát côn trùng và sâu bệnh hại bằng cách điều chỉnh nồng độ khí để ức chế hoạt động sống của sinh vật gây hại mà không cần sử dụng hóa chất. Điều này giúp đảm bảo tính an toàn sinh học cho cây trồng và giảm thiểu dư lượng độc hại trong sản phẩm nông sản. 

3.3 Trong lĩnh vực bảo quản và vận chuyển

CO2 được sử dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm dễ hư hỏng như hải sản, thịt, rau củ và trái cây tươi. Khi CO2 được sử dụng để tạo ra môi trường khí biến đổi (MAP – Modified Atmosphere Packaging), nó giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí và nấm mốc từ đó kéo dài thời gian sử dụng thực phẩm mà không cần đến chất bảo quản hóa học.

Ngoài ra, băng khô (CO2 dạng rắn) cũng được dùng phổ biến trong ngành vận chuyển lạnh. Với nhiệt độ cực thấp (-78.5°C), băng khô có thể giữ thực phẩm hoặc dược phẩm luôn trong tình trạng đông lạnh suốt quá trình vận chuyển mà không để lại nước.

3.4 Trong hệ thống phòng cháy chữa cháy

Khí CO2 là một trong những tác nhân chữa cháy hiệu quả và an toàn nhất trong các hệ thống phòng cháy chữa cháy hiện đại, đặc biệt tại những khu vực chứa thiết bị điện tử nhạy cảm như phòng máy chủ, trung tâm dữ liệu hoặc tủ điện công nghiệp. Khác với nước hoặc bọt, CO2 không gây chập điện và không để lại dư lượng, giúp bảo vệ thiết bị sau khi dập tắt đám cháy.

Cơ chế hoạt động của CO2 trong chữa cháy là làm giảm nồng độ oxy tại khu vực xảy ra cháy, từ đó ngăn chặn sự lan rộng của lửa. Hệ thống chữa cháy bằng CO2 thường được kích hoạt tự động khi phát hiện khói hoặc nhiệt độ cao, giải phóng một lượng khí lớn trong thời gian ngắn để dập tắt đám cháy nhanh chóng và hiệu quả. 

Khí CO2 đóng vai trò không thể thay thế trong sản xuất, nông nghiệp, y tế và nhiều mặt của đời sống. Việc hiểu rõ các ứng dụng và khai thác CO2 một cách hiệu quả sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu chi phí, đồng thời hướng đến mục tiêu phát triển bền vững.