Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị độc lập có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và nước thành nhiên liệu trung tính carbon mà không cần thêm bất kỳ thành phần hoặc điện năng nào.

Thiết bị do một nhóm từ Đại học Cambridge phát triển. Đây là một bước tiến quan trọng nhằm đạt được quá trình quang hợp nhân tạo - một quá trình bắt chước khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng của thực vật. Quá trình được dựa trên công nghệ 'photosheet' tiên tiến và chuyển đổi ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và nước thành oxy và axit formic - một loại nhiên liệu lưu trữ có thể được sử dụng trực tiếp hoặc chuyển đổi thành hydro.

​

Kết quả được báo cáo trên tạp chí Nature Energy, trình bày một phương pháp mới để chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu sạch. Thiết bị không dây có thể được nhân rộng và sử dụng trong các 'trang trại' năng lượng tương tự như các trang trại năng lượng mặt trời sản xuất nhiên liệu sạch bằng ánh sáng mặt trời và nước.

Thu hoạch năng lượng mặt trời để chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu hứa hẹn là một cách để giảm lượng khí thải carbon và chuyển đổi khỏi nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, việc sản xuất những nhiên liệu sạch này mà không tạo ra các phụ phẩm không mong muốn cũng là một thách thức đối với các nhà khoa học.

Tác giả đầu, Tiến sĩ Qian cho biết: “Rất khó để đạt được quá trình quang hợp nhân tạo với mức độ chọn lọc cao, để có thể chuyển đổi càng nhiều ánh sáng mặt trời càng tốt thành nhiên liệu bạn muốn, thay vì để lại nhiều chất thải”. 

Giáo sư Erwin Reisner, tác giả cấp cao của bài báo cho biết: “Ngoài ra, việc bảo quản nhiên liệu khí và tách các sản phẩm phụ có thể trở nên khá phức tạp - chúng tôi muốn đạt đến ngưỡng có thể sản xuất nhiên liệu lỏng có thể dễ dàng lưu trữ và vận chuyển một cách sạch sẽ”. 

Vào năm 2019, các nhà nghiên cứu từ nhóm của Reisner đã phát triển một lò phản ứng năng lượng mặt trời dựa trên thiết kế 'lá nhân tạo' cũng sử dụng ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và nước để sản xuất nhiên liệu, được gọi là khí tổng hợp. Công nghệ mới có hình thức và cách xử lý khá giống với lá nhân tạo nhưng lại hoạt động theo một cách khác và tạo ra axit formic.

Trong khi lá nhân tạo sử dụng các thành phần từ pin mặt trời, thiết bị mới không yêu cầu các thành phần này và chỉ dựa vào chất xúc tác quang được nhúng trên một tấm để tạo ra cái gọi là tấm xúc tác quang. Các tấm được tạo thành từ bột bán dẫn, có thể được chuẩn bị với số lượng lớn dễ dàng và tiết kiệm chi phí.

Ngoài ra, công nghệ mới này mạnh mẽ hơn và tạo ra nhiên liệu sạch, dễ bảo quản hơn và cho thấy tiềm năng sản xuất các sản phẩm nhiên liệu ở quy mô lớn. Đơn vị thử nghiệm có kích thước 20 cm vuông, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết tương đối đơn giản khi mở rộng nó lên đến vài mét vuông. Ngoài ra, axit formic có thể được tích tụ trong dung dịch và được chuyển đổi về mặt hóa học thành các dạng nhiên liệu khác nhau.
 
Wang nói: “Chúng tôi rất ngạc nhiên về mức độ hoạt động của nó xét về tính chọn lọc - hầu như không tạo ra sản phẩm phụ nào. Đôi khi mọi thứ không hoạt động theo hướng bạn mong đợi, nhưng đây là một trường hợp hiếm hoi mà chúng thực sự hoạt động tốt hơn rất nhiều."

Chất xúc tác chuyển đổi carbon-dioxide dựa trên coban dễ chế tạo và tương đối ổn định. Mặc dù công nghệ này sẽ dễ mở rộng quy mô hơn so với lá nhân tạo, nhưng hiệu quả vẫn cần được cải thiện trước khi xem xét triển khai về mặt thương mại. Các nhà nghiên cứu hiện đang thử nghiệm với một loạt các chất xúc tác khác nhau để cải thiện cả độ ổn định và hiệu quả.

Các kết quả hiện tại thu được với sự cộng tác của nhóm của Giáo sư Kazunari Domen từ Đại học Tokyo, đồng tác giả của nghiên cứu.

Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để tối ưu hóa hơn nữa hệ thống và nâng cao hiệu quả. Ngoài ra, họ đang khám phá các chất xúc tác khác để sử dụng trên thiết bị nhằm tạo ra các loại nhiên liệu mặt trời khác nhau.

Reisner nói: “Chúng tôi hy vọng công nghệ này sẽ mở đường cho việc sản xuất nhiên liệu mặt trời bền vững và thiết thực."

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200824123406.htm