Nhà khoa học phát triển ‘lá nhân tạo’ có thể cung cấp năng lượng cho ô tô trong tương lai

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge đã phát triển một ‘lá nhân tạo’ sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi nước và carbon dioxide thành ethanol và propanol. 

Những nhiên liệu gọi là ‘drop-in’ này có thể trực tiếp cung cấp năng lượng cho động cơ đốt trong mà không cần bất kỳ sửa đổi nào, tiềm ẩn khả năng làm cho xăng trở thành một lựa chọn ít phát thải hơn. 

Khác với nhiên liệu hóa thạch, những nhiên liệu mặt trời này sản xuất khí thải carbon net-zero, như nhận xét của các nhà nghiên cứu, và hoàn toàn tái tạo. Hơn nữa, khác với hầu hết ethanol sinh học, chúng không làm chệch hướng bất kỳ đất nông nghiệp nào khỏi sản xuất thực phẩm.   

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra lá nhân tạo từ nhiều lớp bao gồm đồng, thủy tinh, bạc và than chì. Chiếc lá chứa các chất hấp thụ ánh sáng — tương tự như các phân tử trong cây cỏ thu mặt trời — kết hợp với một chất xúc tác.

Chất xúc tác này, tương tự như chlorophyll, chất xúc tác cho quang hợp trong lá thật, được làm từ hai nguyên tố — đồng và palladium. Dưới ánh sáng mặt trời, chất xúc tác chuyển đổi CO2 thành ethanol và propanol, và nước thành oxy.

Trong nhiều năm, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cách tận dụng quang hợp để sản xuất nhiên liệu bền vững, nhưng những lá nhân tạo này chỉ có thể sản xuất các hóa chất đơn giản như syngas — một hỗn hợp của hydro và carbon monoxide được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, dược phẩm, nhựa và phân bón.

Nhưng đột phá mới nhất này đã giúp các nhà khoa học sản xuất ethanol và propanol sạch mà không cần sản xuất syngas. Loại bỏ bước này làm cho công nghệ trở nên “practical và scalable hơn,” như nhận xét của các nhà nghiên cứu. 

Trong khi những nhà khoa học khác đã có thể sản xuất các hóa chất tương tự bằng cách sử dụng điện, đây được dự định là lần đầu tiên các hợp chất phức tạp như vậy được sản xuất bằng một lá nhân tạo chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời.  

Mặc dù công nghệ vẫn ở quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu cho biết lá nhân tạo của họ là bước quan trọng trong quá trình chuyển từ nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch.

“Mặc dù vẫn còn công việc phải làm, chúng tôi đã chỉ ra những gì những lá nhân tạo này có thể làm,” nói Giáo sư Erwin Reisner, người đứng đầu nghiên cứu. “Điều quan trọng là chúng ta có thể đi xa hơn những phân tử đơn giản nhất và tạo ra những thứ có ích trực tiếp khi chúng ta chuyển từ nhiên liệu hóa thạch.”

Nhóm đang làm việc để tối ưu hóa chất hấp thụ ánh sáng để chúng có thể hấp thụ ánh sáng tốt hơn. Họ cũng đang làm việc để tối ưu hóa chất xúc tác để nó có thể chuyển đổi nhiều ánh sáng hơn thành nhiên liệu.

Công việc tiếp theo cũng sẽ đòi hỏi làm cho thiết bị có thể mở rộng để có thể sản xuất lượng nhiên liệu lớn. Trong tương lai, ô tô có thể sử dụng công nghệ này để sản xuất nhiên liệu sạch ngay khi di chuyển.