Tạo nhiên liệu sạch từ năng lượng mặt trời, nước và khí carbonic

Công bố trên tạp chí Nature Energy, một thiết bị được các nhà nghiên cứu Đại học Cambridge (Anh) tạo ra có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời, nước và khí CO2 thành nhiên liệu không phát thải carbon.

Thiết bị này dựa trên công nghệ “photosheet”, sẽ chuyển đổi năng lượng mặt trời, khí CO2 và nước thành oxy và axit formic. Trong đó, axit formic là nhiên liệu có thể lưu trữ, sử dụng trực tiếp trong các máy phát điện hoặc chuyển đổi về mặt hóa học thành các nhiên liệu khác như hydro. Thiết bị này được đánh giá là một bước tiến quan trọng nhằm đạt đến quá trình quang hợp nhân tạo, bắt chước khả năng chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng mà không cần bất cứ nguồn điện nào của thực vật.

(Ảnh internet)

Việc thu dùng năng lượng mặt trời, chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu sạch là một giải pháp đầy hứa hẹn giúp giảm lượng khí thải carbon và hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch – vốn là một trong những yếu tố góp phần lớn vào ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, làm thế nào áp dụng phương pháp này sản xuất nhiên liệu sạch mà không để lại các sản phẩm phụ không mong muốn là một thách thức lớn đang đặt ra với các chuyên gia, nhà khoa học. Kinh phí, thiết bị kỹ thuật, quy trình phức tạp là những khó khăn mà các nhà khoa học gặp phải khi đi theo phương pháp này. Theo Tiến sĩ Qian Wang, khoa Hóa học của Đại học Cambridge, thật khó để đạt được quá trình quang hợp nhân tạo với mức độ chọn lọc cao, chuyển đổi thật nhiều năng lượng mặt trời thành nhiên liệu sạch mình mong muốn, thay vì để lại nhiều chất thải. Bên cạnh đó, việc bảo quản nhiên liệu khí và quy trình tách các sản phẩm phụ được tạo ra cũng hết sức phức tạp. Chính vì vậy, mục tiêu của nhóm các nhà nghiên cứu là sản xuất nhiên liệu lỏng một cách sạch sẽ, dễ dàng lưu trữ và vận chuyển.

Trước đó, vào năm 2019, nhóm nghiên cứu của trường Đại học Cambridge đã phát triển “lá nhân tạo” cũng sử dụng năng lượng mặt trời, khí CO2 và nước để sản xuất nhiên liệu khí tổng hợp. Điểm khác biệt giữa lá nhân tạo và thiết bị mới được phát minh này là ở các thành phần: lá nhân tạo sử dụng các thành phần từ tấm pin năng lượng mặt trời còn thiết bị mới chỉ dùng tấm xúc tác quang tạo ra từ bột bán dẫn, phủ một lớp chất xúc tác quang trên bề mặt, có nhiệm vụ chuyển đổi CO2. Thành phần chính của chất xúc tác quang là coban, dễ chế tạo, tương đối ổn định – đây cũng là một ưu điểm của thiết bị mới này.

Các chuyên gia trong nhóm phát minh khẳng định thiết bị mới này có thể được phát triển thêm trong tương lai, sau đó được đưa vào các trang trại năng lượng mặt trời để sản xuất nhiên liệu sạch. Nó không sử dụng bất cứ gì ngoài ánh sáng mặt trời và nước làm nhiên liệu đầu vào. Hơn nữa, nó dễ bảo quản và có thể được chế tạo một cách dễ dàng với chi phí thấp nên có tiềm năng thương mại rất lớn, hoàn toàn có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp. Hiện thiết bị được nhóm nghiên cứu thử nghiệm có kích thước chỉ 20 cm2 nhưng khả năng mở rộng kích thước cho mỗi thiết bị lên đến vài m2 là khá đơn giản.

Mặc dù thiết bị mới với công nghệ “photosheet” này sẽ dễ mở rộng quy mô hơn so với sản phẩm lá nhân tạo nhưng để tăng tính khả thi, các nhà nghiên cứu vẫn cần cải thiện hiệu suất của thiết bị trước khi tiến hành thương mại hóa. Hiện nhóm nghiên cứu đang tiến hành thử nghiệm với một loạt các chất xúc tác khác nhau để tìm cách cải thiện cả độ ổn định và hiệu quả cho thiết bị. Song song với đó, họ cũng nghiên cứu, khám phá các chất xúc tác khác để sử dụng trên thiết bị với mục tiêu tạo ra các loại nhiên liệu khác nhau từ năng lượng mặt trời chứ không chỉ dừng lại ở kết quả như hiện tại.

Nguồn: Tổng hợp