Một trong số các giải pháp đang được nghiên cứu để giảm nồng độ CO2 trong khí quyển là tận dụng CO2 như một nguồn carbon để chuyển hóa thành các sản phẩm hữu ích như methanol. Xét phản ứng tổng hợp methanol từ khí theo phương trình hóa học sau:
CO2(g) + 3H2(g) ⇌ CH3OH(g) + H2O(g)
Để đánh giá chiều của phản ứng, người ta sử dụng đại lượng biến thiên năng lượng tự do Gibbs và được tính theo biểu thức sau:
ΔrG°T = ΔrH°T – T × ΔrS°T ≈ ΔrH°298 – T × ΔrS°298
Trong đó: nếu ΔG°T < 0 thì phản ứng tự xảy ra và biến thiên entropy của phản ứng (ΔrS°298 = –177,2 J/K) không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Biết rằng các đại lượng enthalpy tạo thành chuẩn (ΔrH°298) của các chất như sau:
Chất
CO2(g)
H2(g)
CH3OH(g)
H2O(g)
ΔrH°298 (kJ/mol)
–393,5
0,0
–201,0
–241,8
a) Trong phản ứng (1), CO2 là chất oxi hóa và H2 là chất khử.
b) Ở điều kiện chuẩn (nhiệt độ 298K, áp suất 1 bar), phản ứng (1) thu năng lượng.
c) Ở nhiệt độ 200°C, phản ứng (1) tự diễn biến.
d) Thực hiện phản ứng (1) ở nhiệt độ càng lớn, hiệu suất phản ứng càng lớn.