DMCA.com Protection Status

Lá nhân tạo có thể sản xuất nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời, nước và không khí  quan tâm

Được đăng bởi: Hoàng Kim Sinh

Cập nhật lúc 20:54 ngày 30/12/2017

Các nhà khoa học Mỹ tuyên bố rằng họ đã vượt qua được thiên nhiên trong quá trình “quang hợp” bằng việc tạo ra một loại “lá nhân tạo” (bionic leaf) có thể hấp thụ ánh sáng để tạo ra sinh khối. Phát minh này của họ có năng suất “quang hợp” cao gấp 10 lần một cây sồi hay một cây phong.

Thiết bị quang hợp nhân tạo, Bionic Leaf 2.0. Photo credit: Harvard University

Hai phòng thí nghiệm riêng biệt tại đại học Harvard đã phối hợp với nhau cùng tạo ra một loại “pin sống”, còn gọi là “lá nhân tạo” (bionic leaf), có khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời để phân ly các phân tử nước thành hydro tự do, cung cấp cho vi khuẩn, sau đó nhờ vi khuẩn chuyển hóa CO2 trong không khí thành cồn nhiên liệu, tương tự như quá trình quang hợp của thực vật.

“Đây là một hệ thống quang hợp thật sự”, giáo sư Daniel Nocera, một nhà nghiên cứu hàng đầu về công nghệ năng lượng tái tạo tại đại học Harvard, cho biết. “Trước đây, con người đã biết bắt chước quá trình quang hợp của thực vật để phân ly nước thành oxy và hydro, nhưng phát minh của chúng tôi là một hệ thống hoàn chỉnh từ A đến Z, và thậm chí chúng tôi có thể làm hiệu quả hơn thiên nhiên”, ông cho biết thêm.

Năng lượng mặt trời từ cổ đại

Biến đổi khí hậu đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng khi con người bắt đầu giải phóng năng lượng mặt trời cùng với CO2 được tích trữ từ thời cổ đại dưới dạng than, dầu, khí đốt tự nhiên - gọi chung là nhiên liệu hóa thạch - và xả trở lại bầu khí quyển. Hầu hết các nhà khoa học trên thế giới đã thống nhất nhận định rằng việc con người sử dụng nhiên liệu hóa thạch chính là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.

Các nhà hóa học và kỹ sư trên khắp thế giới đang chạy đua với các quá trình khai thác nhiên liệu của con người để có những giải pháp hữu ích cho vấn đề môi trường.

Nghiên cứu này xuất phát từ ý tưởng sử dụng sản phẩm của quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch – CO2 đang gia tăng mạnh mẽ trong khí quyển – để tạo ra các nhiên liệu tái tạo, như thực vật vẫn làm. Tuy nhiên lá nhân tạo sẽ rất khó khăn trong việc cạnh tranh về giá thành với nhiên liệu hóa thạch vì vi khuẩn chưa thể tạo ra nhiên liệu một cách nhanh chóng. Các lá nhân tạo lớn nhất hiện nay cũng chỉ to như cái xoong 1 lít, mặc dù các nhóm nghiên cứu chưa vấp phải bất kỳ giới hạn nào khi sản xuất thiết bị lớn hơn.

Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời từ một bảng điều khiển quang điện để cung cấp năng lượng hóa học nhằm phân ly nước thành oxy và hydro, sau đó bổ sung các vi khuẩn đã bị bỏ đói vào để “ăn” hydro và chuyển đổi CO2 trong không khí thành nhiên liệu cồn. (Credit: Des_Callaghan qua Wikimedia Commons)

Thiết bị quang hợp nhân tạo đầu tiên của nhóm ra đời năm 2015 đã tạo ra 216 miligam nhiên liệu cồn khi sử dụng 1 lít nước. Nhưng vì chất xúc tác cho quá trình phân ly nước là Niken- Molyden- Kẽm gây hại cho các vi sinh vật, nên nhóm nghiên cứu đã đặt ra mục tiêu tìm kiếm chất một xúc tác khác vừa đảm bảo xúc tác tốt cho quá trình phân ly nước vừa không gây hại cho các vi khuẩn. Kết quả nghiên cứu của nhóm được đăng trên tạp chí Science ngày 02 tháng 06 cho thấy, họ đã phát minh ra hệ thống lai (hybrid) dựa trên chất xúc tác hợp kim cobal-phosphor cùng với các vi khuẩn Ralstonia eutropha có thể phân ly nước thành hydro và oxy ở điện áp thấp.

Tổng hợp chất hữu cơ

Các vi sinh vật tiêu thụ hydro tự do, và khi có mặt oxy cùng với carbon dioxit, thực hiện các phản ứng tổng hợp hữu cơ. Hệ thống hiện tại đã sản xuất được isobutanol và isopentanol. Ngoài ra, hệ thống còn sản xuất được một sản phẩm là tiền chất chế tạo nhựa sinh học.

Các nhà khoa học của đại học Harvard nói rằng, lá nhân tạo của họ có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành sinh khối với hiệu suất khoảng 10%, trong khi các loài thực vật quang hợp nhanh nhất cũng chỉ đạt hiệu quả khoảng 1%.

Bằng cách tạo nhiên liệu từ CO2 dư thừa trong không khí, phản ứng sinh học mới này có thể giúp giảm thiểu vấn đề ô nhiễm đồng thời mang lại nguồn nhiên liệu sạch hơn cho con người. “Kỹ thuật này bạn hoàn toàn có thể tự làm tại nhà mà không cần hàng tỷ đô la cho cơ sở hạ tầng. Đây thực sự là một phát hiện quan trọng, đặc biệt là với các nước đang phát triển”