Các nhà khoa học Mỹ phát triển thành công lá nhân tạo có thể sản xuất nhiên liệu như xăng và mêtan từ khí CO2 và ánh sáng mặt trời thân thiện với môi trường.
Đã có lá nhân tạo sản xuất xăng
Theo Iflscience, nhóm nghiên cứu khẳng định nó là một bước tiến quan trọng hướng tới sử dụng nhiên liệu tự tái tạo phục vụ mọi nhu cầu, từ sưởi ấm tới cho giao thông vận tải, mà không gây ra bất kỳ loại khí nhà kính nào.
Bước đột phá này được công bố trong tạp chí Proceedings tháng 8 của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ, do Peidong Yang và đồng nghiệp tại Viện Năng lượng và Khoa học Nano Kavli, đại học California, Berkeley, nghiên cứu.
Mô hình lá nhân tạo. (Ảnh: Iflscience).
Nó được xây dựng dựa trên các quá trình quang hợp tự nhiên, khi nước và khí CO2 được thực vật chuyển hoá thành đường – một loại nhiên liệu hữu cơ. Bằng cách tinh chỉnh quá trình này thông qua quang hợp nhân tạo, chúng ta có thể tạo ra một loạt những sản phẩm khác nhau.
Để chứng minh tính khả thi của dự án, nhóm nghiên cứu đã tạo ra khí mêtan, thay vì đường, từ khí CO2 bằng hệ thống của họ. Thiết bị hoạt động dựa trên sự kết hợp của các sợi nano bán dẫn và vi khuẩn. Sử dụng chất xúc tác vô cơ, nước được tách ra thành hydro, sau đó tế bào sống sử dụng, chuyển đổi khí CO2 thành các sản phẩm hóa chất – trong trường hợp này là mêtan.
“Chúng tôi có thể tạo electron từ ánh sáng một cách hiệp quả, nhưng các hệ thống của chúng tôi trước đây luôn bị hạn chế bởi hóa tổng hợp”, ông Yang cho biết. “Một trong những mục đích của thí nghiệm này là để chứng tỏ rằng chúng ta có thể tích hợp xúc tác vi khuẩn với công nghệ bán dẫn. Điều này cho phép chúng ta hiểu và tối ưu hóa một hệ thống quang hợp thực sự mang tính nhân tạo”.
Một hệ thống tương tự được phát minh bởi Yang và nhóm của ông hồi đầu năm nay để sản xuất butanol, một thành phần của xăng, và các vật liệu sinh hóa khác nhau. Tiếp theo, họ sẽ cố gắng để tạo nên một hệ thống nhân tạo hoàn toàn không cần dùng tới vi khuẩn. Hệ thống này dựa trên thiết kế trong tự nhiên để tái tạo quá trình quang hợp, và cuối cùng sản xuất nhiên liệu lỏng với khả năng sử dụng trong nhiều tháng hoặc nhiều năm.
Sơ đồ nguyên tắc phản ứng của lá nhân tạo. (Ảnh: Iflscience).
“Chúng tôi không muốn bắt chước thiên nhiên một cách máy móc và dập khuôn”, Ted Sargent, phó trưởng khoa Khoa học Ứng dụng và Kỹ thuật tại Đại học Toronto cho biết. “Thay vào đó, chúng tôi muốn học hỏi từ tự nhiên, từ những nguyên tắc của tự nhiên để tạo nên một chất xúc tác có hiệu suất thuyết phục và có tính chọn lọc, và sau đó sử dụng những hiểu biết này để tạo ra các giải pháp công nghệ tốt hơn”.
Vì vậy, tuy chưa thể sử dụng những chiếc lá nhân tạo để cung cấp điện cho nhà hoặc xe hơi ngay lập tức, nhưng đây có thể là một bước tiến đáng kể để đạt mục tiêu đó.