Những chiếc lá nhân tạo bắt chước quá trình quang hợp – đây là quá trình cây cối sử dụng nước và CO2 từ không khí để tạo ra hydratcacbon bằng cách sử dụng năng lượng từ mặt trời. Nhưng ngay cả những chiếc lá nhân tạo cũng chỉ hoạt động trong phòng thí nghiệm bởi vì chúng sử dụng CO2 tinh khiết đã được điều chỉnh áp suất từ các bể chứa.

Nhưng nay các nghiên cứu gia đến từ Trường Đại học Illinois ở Chicago đã đề xuất một giải pháp thiết kế có thể đem những chiếc lá nhân tạo ra khỏi phòng thí nghiệm và đưa vào môi trường. Những chiếc lá của họ sử dụng CO2 từ không khí, sẽ có hiệu suất trong việc biến CO2 thành nhiên liệu cao hơn ít nhất 10 lần so với những chiếc lá tự nhiên.

“Xưa nay, tất cả các thiết kế lá nhân tạo đã được thí nghiệm đều sử dụng CO2 từ các bể chứa được điều chỉnh áp suất. Để thực hiện thành công trong thế giới thực, những thiết bị này cần có khả năng hút CO2 từ các nguồn loãng hơn nhiều, như không khí và khí thải, đây là khí thải ra từ các nhà máy điện đốt than”, giáo sư phụ tá Meenesh Singh cho biết.

Việc tháo nguồn cung cấp CO2 được điều chỉnh áp suất ra khỏi những chiếc lá này đồng nghĩa với việc những chiếc lá này phải có cách thu gom và cô động CO2 từ không khí để điều khiển các phản ứng quang hợp nhân tạo của chúng.

Singh và cộng sự Aditya Prajapati đề xuất giải quyết vấn đề này bằng cách gói chiếc lá nhân tạo truyền thống bên trong một vỏ bọc trong suốt được làm bằng màng bán thấm, loại màng này được làm từ nhựa amoni và được bơm đầy nước. Loại màng này cho phép nước từ bên trong bay hơi ra ngoài khi bị ánh nắng mặt trời làm nóng lên. Khi nước chảy qua màng, nó sẽ kéo theo CO2 từ không khí. Bộ phận quang hợp nhân tạo bên trong vỏ bọc được làm bằng một chất hấp thụ ánh sáng, được phủ các chất xúc tác giúp biến CO2 thành CO. CO có thể được dẫn hết ra ngoài bằng xifông và được sử dụng làm nền tảng cho việc tạo ra rất nhiều loại nhiên liệu tổng hợp khác nhau. Oxy cũng được tạo ra và có thể được thu lại hoặc thải vào môi trường xung quanh.

Singh cho biết: “Bằng cách bọc công nghệ lá nhân tạo truyền thống bên trong lớp màng chuyên dụng này, chiếc lá nhân tạo có thể hoạt động giống một chiếc lá thật”.

Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, 360 chiếc lá, mỗi chiếc dài 1,7m và rộng 0,2m, sẽ tạo ra gần nửa tấn CO mỗi ngày, khí này có thể được sử dụng làm nền tảng cho các nhiên liệu tổng hợp. 360 chiếc lá nhân tạo chiếm diện tích 500m2 sẽ có thể giảm 10% lượng CO2 trong không khí xung quanh trong phạm vi 100m mỗi ngày.

Singh cho biết: “Thiết kế mang tính khái niệm của chúng tôi sử dụng các chất liệu và công nghệ đã có sẵn, và khi được kết hợp có thể tạo ra một chiếc lá nhân tạo có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm các khí nhà kính trong khí quyển”.