Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã khai thác sức mạnh của quang hợp để chuyển đổi CO2, nước và ánh nắng mặt trời thành nhiên liệu đa cacbon, bao gồm ethanol và propanol, chỉ trong một bước. Các nhiên liệu này có mật độ năng lượng cao và dễ dàng lưu trữ hoặc vận chuyển.

Không giống nhiên liệu hóa thạch, đây là các nhiên liệu không gây phát thải khí thải cacbon và hoàn toàn có thể tái tạo và khác với hầu hết ethanol sinh học, các nhiên liệu này không dẫn đến tình trạng phải chuyển đổi bất kỳ vùng đất nông nghiệp nào khỏi khu vực sản xuất lương thực.

Mặc dù công nghệ mới vẫn ở quy mô phòng thí nghiệm, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng lá nhân tạo là một bước quan trọng trong quá trình chuyển đổi khỏi nền kinh tế dựa vào nhiên liệu hóa thạch. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Energy.

Anh vừa tạo ra loại “lá nhân tạo” sử dụng ánh nắng mặt trời để sản xuất nhiên liệu lỏng và sạch cho ô tô. Ảnh: scitechdaily

Ethanol sinh học được quảng cáo là giải pháp thay thế sạch hơn cho xăng dầu, vì được sản xuất từ thực vật thay vì nhiên liệu hóa thạch. Hầu hết ô tô và xe tải hiện nay đều chạy bằng xăng chứa 10% ethanol (nhiên liệu E10). Hoa Kỳ là nhà sản xuất ethanol sinh học lớn nhất thế giới: theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, gần 45% tổng số ngô trồng ở Hoa Kỳ được sử dụng để sản xuất ethanol.

GS. Erwin Reisner, Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Nhiên liệu sinh học như ethanol là công nghệ gây tranh cãi, đặc biệt là vì nhiên liệu này chiếm đất nông nghiệp dùng để trồng lương thực”.

Trong nhiều năm, nhóm nghiên cứu của GS. Reisner đã phát triển các loại nhiên liệu bền vững, không thải cacbon lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp (quá trình thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành thức ăn) bằng cách sử dụng lá nhân tạo.

Đến nay, lá nhân tạo chỉ có thể tạo ra các hóa chất đơn giản như khí tổng hợp, hỗn hợp hydro và cacbon monoxit được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, dược phẩm, nhựa và phân bón. Tuy nhiên, để trở nên thiết thực hơn, công nghệ cần sản xuất trực tiếp các hóa chất phức tạp hơn trong một bước sử dụng năng năng lượng mặt trời.

Giờ đây, lá nhân tạo có thể trực tiếp sản xuất ethanol và propanol sạch mà không cần qua bước trung gian là sản xuất khí tổng hợp. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra chất xúc tác dựa trên đồng và palađi. Chất xúc tác đã được tối ưu hóa theo cách cho phép lá nhân tạo tạo ra các hóa chất phức tạp hơn, cụ thể là etanol, rượu đa cacbon và n-propanol. Cả hai loại rượu này đều là nhiên liệu có mật độ năng lượng cao, dễ dàng vận chuyển và lưu trữ.

Các nhà khoa học khác đã tạo ra được các hóa chất tương tự bằng cách sử dụng điện năng, nhưng đây là lần đầu tiên những hóa chất phức tạp như vậy ra đời từ một chiếc lá nhân tạo mà chỉ sử dụng năng lượng mặt trời.

Hiện tại, thiết bị này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và chỉ cho hiệu quả khiêm tốn. Các tác giả đang tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa các bộ hấp thụ ánh sáng để tăng hiệu quả hấp thụ ánh nắng mặt trời và tối ưu hóa chất xúc tác để chuyển đổi nhiều ánh nắng mặt trời thành nhiên liệu hiệu quả hơn. Vấn đề nữa mà nhóm nghiên cứu lưu tâm, là việc mở rộng thiết bị để sản xuất khối lượng lớn nhiên liệu.

Trước đó, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) cho biết, nhóm nghiên cứu tại USTH vừa công bố kết quả nghiên cứu chế tạo “lá nhân tạo” cho phép điều chế nhiên liệu hydro (H2) từ nước và ánh sáng mặt trời với hiệu suất 1.9%.

Nghiên cứu này được công bố ngày 27/5 trên tạp chí của Hội hóa học Mỹ (Journal of the American Chemical Society). Đây là một trong những tạp chí khoa học uy tín hàng đầu trong lĩnh vực hóa học, ra đời năm 1879 của Hiệp hội Hóa học Mỹ.

Hiện nay, nhiên liệu được sử dụng phổ biến là nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu và khí tự nhiên). Tuy nhiên, nhiên liệu này khi đốt thải ra khí CO2, nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu. Việc tìm kiếm các nguồn nguyên liệu thay thế thân thiện với môi trường đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

Ánh sáng mặt trời được xem là nguồn năng lượng sạch và vô cùng dồi dào từ thiên nhiên. “Bắt chước” cơ chế quang hợp của lá cây tự nhiên, nhóm các nhà nghiên cứu thuộc trường USTH (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Phòng thí nghiệm Hóa học và sinh học kim loại (Trung tâm và Năng lượng nguyên tử và Năng lượng thay thế CEA – Grenoble, Cộng hòa Pháp) đã hợp tác nghiên cứu chế tạo “lá nhân tạo”- một thiết bị có khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học tích trữ trong nhiên liệu hydro (H2) thông qua quá trình quang phân tách nước.

Nhiên liệu H2 sau đó có thể được lưu trữ, vận chuyển và sử dụng trong các pin nhiên liệu. Sản phẩm của quá trình sử dụng nhiên liệu này chỉ là nước, do vậy không gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này đã được nhóm bắt đầu triển khai tại USTH từ năm 2015.