Thiết bị tạo năng lượng sạch từ ánh sáng mặt trời, nước và CO2
Thiết bị này được phát triển bởi nhóm nghiên cứu của Đại học Cambridge và đã thực hiện một bước quan trọng trong quá trình quang hợp nhân tạo.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một bộ thiết bị có thể hoạt động độc lập để chuyển đổi ánh sáng mặt trời, carbon dioxide (CO2) và nước thành nhiên liệu trung tính carbon mà không cần thêm bất kỳ thành phần hoặc điện năng nào.
Thiết bị này được phát triển bởi nhóm nghiên cứu của Đại học Cambridge và đã thực hiện một bước quan trọng trong quá trình quang hợp nhân tạo. Quá trình mô phỏng khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng của thực vật.
Thiết bị dựa trên công nghệ "photoheet" tiên tiến, có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời, CO2 và nước thành oxy và axit formic (một loại nhiên liệu lưu trữ có thể được sử dụng trực tiếp hoặc chuyển đổi thành hydro).
Kết quả nghiên cứu đăng trên Tạp chí Energy cho thấy một phương pháp mới để chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu sạch. Sau khi quy mô của thiết bị không dây này được mở rộng, nó có thể được sử dụng trong một trang trại năng lượng, tương tự như trang trại năng lượng mặt trời, sử dụng ánh sáng mặt trời và nước để sản xuất nhiên liệu sạch.
Thiết bị tạo năng lượng sạch từ ánh sáng mặt trời, nước và CO2
Thu năng lượng mặt trời để chuyển CO2 thành nhiên liệu là một cách hiệu quả để giảm lượng khí thải CO2 và dần dần từ bỏ nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức để sản xuất nhiên liệu sạch không chứa các sản phẩm phụ không cần thiết.
Tiến sĩ Qian Wang từ Khoa Hóa học Cambridge cho biết: “Luôn luôn khó đạt được quá trình quang hợp nhân tạo có chọn lọc cao, có nghĩa là bạn có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu bạn muốn càng nhiều càng tốt, thay vì tạo ra nhiều chất thải cùng một lúc”. .
"Ngoài ra, việc lưu trữ nhiên liệu khí và tách các sản phẩm phụ cũng khá phức tạp. Chúng tôi muốn tìm ra cách sản xuất sạch nhiên liệu lỏng, dễ bảo quản và vận chuyển", tác giả chính của bài báo, Giáo sư Erwin Reisner, cho biết thêm.
Vào năm 2019, các nhà nghiên cứu trong nhóm Reisner đã phát triển một lò phản ứng sử dụng ánh sáng mặt trời, CO2 và nước để tạo ra một loại nhiên liệu gọi là khí tổng hợp. Hiệu suất và cách hoạt động của công nghệ mới này khá giống với “lá nhân tạo”, nhưng nguyên lý hoạt động thì khác, và sản phẩm là axit formic.
Hơn nữa, thiết bị mới không cần sử dụng các thành phần từ pin mặt trời, và chỉ dựa vào chất xúc tác quang được nhúng trên tấm để trở thành cái gọi là tấm xúc tác quang. Những mảnh này được làm bằng bột bán dẫn và dễ chuẩn bị với số lượng lớn và không tốn kém.
Ngoài ra, công nghệ mới này còn mạnh mẽ hơn, nhiên liệu sạch được sản xuất ra dễ lưu trữ hơn và có tiềm năng tạo ra các sản phẩm nhiên liệu trên quy mô lớn.
Kích thước của đơn vị thử nghiệm là 20 cm vuông, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết việc mở rộng kích thước của nó lên một vài mét vuông tương đối đơn giản.
Đồng thời, axit formic có thể tích tụ trong dung dịch và có thể chuyển hóa thành các dạng nhiên liệu khác nhau bằng phương pháp hóa học.
"Chúng tôi rất ngạc nhiên về tính chọn lọc cao của công nghệ, nó hầu như không tạo ra sản phẩm phụ". Wang nói, "Đôi khi mọi thứ khác với mong đợi, nhưng hiệu quả lần này quả thực là tốt hơn. Nó thực sự rất hiếm."
Chất xúc tác gốc coban (CO) chuyển đổi CO2 rất dễ nhận ra và tương đối ổn định. Mặc dù so với lá nhân tạo, quy mô của công nghệ này dễ mở rộng hơn, nhưng hiệu quả của nó vẫn cần được cải thiện, trước khi có thể được xem xét sử dụng thương mại.
Kết quả hiện tại còn phụ thuộc vào sự hợp tác từ nhóm nghiên cứu của Giáo sư Kazunari Domen thuộc Đại học Tokyo, cũng là đồng tác giả của nghiên cứu.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang tiếp tục tối ưu hóa hệ thống để cải thiện hiệu suất. Ngoài ra, họ cũng đang khám phá các chất xúc tác khác, sử dụng thiết bị này để thu được các loại nhiên liệu mặt trời khác nhau.
Reisner cho biết: "Chúng tôi hy vọng công nghệ này sẽ mở ra hướng sản xuất nhiên liệu năng lượng mặt trời bền vững với giá trị thiết thực".
Minh Anh
