Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ sáu, 29/03/2024 | 13:09

Thứ sáu, 29/03/2024 | 13:09

Tin KHCN

Cập nhật lúc 13:48 ngày 10/08/2020

Lá nhân tạo: Giải pháp tạo ra năng lượng sạch từ năng lượng mặt trời và nước biển

Lá nhân tạo có khả năng chuyển hoá ánh sáng mặt trời và nước thành hydro (H2) là hướng nghiên cứu thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới từ đầu thế kỷ 21, khi năng lượng sạch dần trở thành một trong những vấn đề được quan tâm nhất trên toàn cầu. Tại Việt Nam, TS. Trần Đình Phong - Đại học Khoa học và công nghệ Hà Nội (USTH), Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam và các cộng sự đã bắt đầu nghiên cứu lá nhân tạo từ năm 2015. Nhóm nghiên cứu hướng tới hai thiết kế: Lá nhân tạo với cặp điện cực quang kết nối theo kiểu bình xét và lá nhân tạo hình thành từ kết nối pin mặt trời và cặp xúc tác kết nối không dây.
“Lá tự nhiên là một "nhà máy" cực kì đặc biệt: ở đó khí thải CO2 được kết hợp với nước, chuyển hoá năng lượng mặt trời thành năng lượng hoá học tích trữ trong các phân tử đường và thải ra khí O2. Như vậy, nếu có thể "bắt chước" được lá tự nhiên trong một chiếc lá nhân tạo thì ta có thể chuyển được năng lượng mặt trời thành năng lượng hoá học trong các nhiên liệu ví dụ như H2 hoặc rượu. Đây là một công nghệ tiềm năng trong việc giải quyết bài toán về nhu cầu năng lượng sạch", TS. Trần Đình Phong cho biết.
Lá nhân tạo là một thiết bị có khả năng chuyển hoá năng lượng mặt trời thành năng lượng hoá học tích trữ trong nhiên liệu H2 (273 KJ/mol H2) thông qua quá trình quang phân tách nước biển. Nhiên liệu H2 sau đó được lưu trữ, vận chuyển và sử dụng trong pin nhiên liệu. Sản phẩm của quá trình sử dụng nhiên liệu này chỉ là H2O. Lá nhân tạo gồm hai bộ phận chính: vật liệu bán dẫn hấp thụ ánh sáng và cặp xúc tác điện hóa thúc đẩy quá trình phân tách nước.
TS. Trần Đình Phong nhận bằng khen do Bộ trưởng bộ Khoa học và Công nghệ Chu Ngọc Anh trao tặng tại lễ trao Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2018.
TS. Trần Đình Phong cho biết, nhóm nghiên cứu tập trung phát triển các vật liệu xúc tác mới, thiết kế các điện cực quang xúc tác và cuối cùng là xây dựng là nhân tạo hoàn chỉnh. Theo đó, nhóm đã chế tạo thành công 1 phiên bản lá nhân tạo với hiệu suất từ H2 là 3%. Chiếc lá nhân tạo này có khả năng làm việc ít nhất 3h liên tục. Lá được chế tạo dễ dàng với lượng lớn các vật liệu dễ kiếm trong tự nhiên như Si, Co, W, Mo. Điểm đáng chú ý ở chiếc lá nhân tạo này là được tạo thành nhờ quá trình “tự gắn kết xúc tác" đơn giản dưới ánh mặt trời, nên có khả năng mở rộng để chế tạo với lượng lớn. Đặc biệt, công nghệ này không hề gây ô nhiễm môi trường. 
Kết quả nghiên cứu này mở ra tiềm năng lớn trong việc sản xuất nguồn nhiên liệu sạch hydro từ năng lượng mặt trời với giá thành rẻ nhằm thay thế cho các nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá.
"Chúng tôi vẫn đang cố gắng hoàn thiện chiếc lá này theo hướng làm tăng hiệu suất với mục tiêu “dè dặt” là 5% và kéo dài thời gian hoạt động hơn nữa", TS. Trần Đình Phong chia sẻ.
Được biết, nhóm nghiên cứu vẫn đang nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằm làm tăng hiệu suất tạo H2 từ ánh sáng mặt trời lên 10% và đạt độ bền hơn 1.000 giờ cùng khả năng tự sửa chữa của chúng, nhằm thương mại hoá chiếc lá nhân tạo, đồng thời tìm cách tích trữ H2 dưới dạng lỏng hoặc chất rắn với các “chất mang" phù hợp.
Nghiên cứu "lá nhân tạo" của TS. Trần Đình Phong là một bước tiến quan trọng trong “cuộc chạy đua” tìm ra giải pháp về năng lượng và cắt giảm khí thải CO2 ra môi trường. Đầu năm 2016, kết quả nghiên cứu quan trọng này đã được công bố trên tạp chí Nature Materials, tạp chí số 1 thế giới về khoa học vật liệu. Với công trình nghiên cứu chế tạo lá nhân tạo nhằm hạn chế khí thải CO2, TS. Trần Đình Phong cũng xuất sắc nhận giải thưởng Tạ Quang Bửu 2018.
Việt Thắng t/h

lên đầu trang