 |
| "Lá nhân tạo" sử dụng nước, ánh sáng mặt trời và carbon dioxide để tạo ra một loại khí sử dụng rộng rãi, lấy cảm hứng từ quá trình tự nhiên mà thực vật sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để biến carbon dioxide thành thực phẩm. Ảnh: Virgil Andrei |
Thiết bị trung lập carbon này thiết lập một chuẩn mực mới trong lĩnh vực năng lượng mặt trời sau khi các nhà nghiên cứu ở Đại học Cambridge chứng mình nó có thể sản xuất trực tiếp khí gas, được gọi là syngas (khí tổng hợp), một cách bền vững và đơn giản.
Thay vì sử dựng nhiên liệu hóa thạch, “lá nhân tạo” được cung cấp năng lượng bằng ánh sáng mặt trời, thậm chí nó vẫn hoạt động trong điều kiện trong những ngày nhiều mây và u ám. Không giống như những quy trình công nghiệp hiện nay để sản xuất khí tổng hợp, “lá nhân tạo” không phát thải môt chút CO2 nào vào khí quyển. Kết quả này đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.
Khí tổng hợp hiện được sản xuất từ hỗn hợp hydro và carbon monoxide và được sử dụng để sản xuất một loạt các mặt hàng, như nhiên liệu, dược phẩm, nhựa và phân bón.
Tác giả nghiên cứu, Giáo sư Erwin Reisner, Khoa Hóa thuộc Đại học Cambride, người theo đuổi công trình nghiên cứu trong bảy năm qua nói: “Bạn có thể không nghe nói nhiều về khí tổng hợp nhưng hằng ngày, bạn vẫn tiêu thụ những sản phẩm làm từ nó. Việc đang có thể duy trì sản xuất nó có thể là bước đi quan trọng trong việc khép kín chu kỳ cacbon toàn cầu và định hình một ngành hóa chất và nguyên liệu bền vững”.
Thiết bị mà Giáo sư Reisner và các đồng nghiệp của ông sản xuất được lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp trong tự nhiên mà thực vật sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để biến carbon dioxide thành thực phẩm.
Bên trong “lá nhân tạo”, hai thiết bị hấp thụ ánh sáng, giống như các phân tử trong thực vật thu thập ánh sáng mặt trời, được kết hợp với một chất xúc tác được làm nguyên tố cobalt có nhiều trong tự nhiên.
Khi thiết bị được ngâm trong nước, một thiết bị hấp thụ ánh sáng sử dụng chất xúc tác tạo ra oxy. Còn thiết bị khác thì tạo phản ứng hóa học để làm giảm CO2 và nước để tạo ra carbon monoxide (CO) và hydrogen (H), hình thành hỗn hợp khí tổng hợp. Thêm một điểm lợi nữa là thiết bị này thậm chí hoạt động được ở mức độ ánh sáng thấp của ngày mưa hay u ám.
“Điều này có nghĩa là bạn không bị giới hạn trong việc sử dụng công nghệ này chỉ ở các nước có thời tiết ấm, hay là quá trình hoạt động này chỉ trong những tháng mùa hè”, Tiến sĩ Virgil Andrei, tác giả đầu tiên của bài báo nói. “Bạn có thể sử dụng nó từ bình minh cho đến khi mặt trời lặn, bất cứ đâu trên thế giới”.
Có những loại “lá nhân tạo” khác đã được phát triển trước đây, nhưng chúng chỉ sản xuất ra hydrogen. Các nhà nghiên cứu ở Cambrigde nói, lý do họ đã có thể làm cho sản phẩm sản xuất khí tổng hợp bền vững là nhờ sự kết hợp giữa các vật liệu và chất xúc tác mà họ đã sử dụng.
Chúng bao gồm các chất hấp thụ ánh sáng perovskite tiên tiến, cung cấp dòng điện và điện áp quang điện cao để cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học nhờ đó CO2 bị chuyển xuống thành CO, tốt hơn so với các chất hấp thụ ánh sáng làm từ silicon hoặc vật liệu nhạy cảm với thuốc nhuộm. Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng coban làm chất xúc tác phân tử, thay thế bạch kim hoặc bạc. Cobalt không chỉ có chi phí thấp hơn mà còn tốt hơn trong việc sản xuất CO so với các chất xúc tác khác.
Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách sử dụng công nghệ của họ để sản xuất một loại nhiên liệu lỏng thay thế bền vững cho xăng.
Khí tổng hợp đã được sử dụng trong sản xuất nhiên liệu lỏng. "Những gì chúng tôi muốn làm tiếp theo, thay vì đầu tiên tạo ra khí tổng hợp rồi chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng, là tạo ra nhiên liệu lỏng ngay cùng lúc từ CO2 và nước," ông Reisner, là thành viên của Trường đại học St John’s thuộc Đại học Cambrigde nói.
Mặc dù các tiến bộ lớn đã được thực hiện trong việc tạo ra điện từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và quang điện, ông Reisner cho rằng sự phát triển xăng tổng hợp là rất quan trọng, vì điện hiện chỉ có thể đáp ứng khoảng 25% tổng nhu cầu năng lượng toàn cầu của chúng ta. "Có một nhu cầu lớn đối với nhiên liệu lỏng để cung cấp năng lượng cho vận tải nặng, vận chuyển và hàng không một cách bền vững,” ông nói.
Tiến sĩ Andrei cho biết: "Chúng tôi đang hướng đến việc tạo ra các sản phẩm như ethanol một cách bền vững, có thể dễ dàng sử dụng như một nhiên liệu. Đó là thách thức để sản xuất nó trong một lần từ ánh sáng mặt trời bằng cách sử dụng phản ứng khử CO2. Nhưng chúng tôi tự tin rằng chúng tôi đang đi đúng hướng và chúng tôi có chất xúc tác phù hợp. Vì vậy, chúng tôi tin rằng chúng tôi sẽ có thể sản xuất một thiết bị để chứng minh quá trình này trong tương lai gần".
