Một loại khí phổ biến, được sản xuất từ ​​nhiên liệu hóa thạch, nay cũng có thể được tạo ra bằng một 'chiếc lá nhân tạo' sử dụng ánh sáng mặt trời, carbon dioxide (CO₂) và nước, và cuối cùng có thể được sử dụng để phát triển nhiên liệu lỏng thay thế cho xăng.

Thiết bị carbon trung tính đã thiết lập một chuẩn mực mới trong lĩnh vực nhiên liệu mặt trời, sau khi các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge chứng minh rằng thiết bị này có thể trực tiếp sản xuất một loại khí tổng hợp một cách bền vững và đơn giản.

Thay vì chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, chiếc lá nhân tạo được cung cấp năng lượng từ ánh sáng mặt trời, mặc dù nó vẫn hoạt động hiệu quả vào những ngày nhiều mây và u ám. Và không giống như các quy trình công nghiệp hiện tại để sản xuất khí tổng hợp, chiếc lá không giải phóng thêm carbon dioxide (CO₂) vào khí quyển. Kết quả được báo cáo trên tạp chí Nature Materials.

Khí tổng hợp hiện được sản xuất từ ​​hỗn hợp khí hydro (H₂) và carbon monoxide (CO), và được sử dụng để sản xuất các nguyên liệu thô như nhiên liệu, dược phẩm, nhựa và phân bón.

"Có thể bạn chưa biết nhiều về khí tổng hợp nhưng nó được dùng trong sản xuất các sản phẩm mà bạn tiêu thụ hằng ngày. Sản xuất khí tổng hợp một cách bền vững sẽ là một bước quan trọng trong việc cắt đứt chu trình carbon toàn cầu và thiết lập một ngành công nghiệp hóa chất và nhiên liệu bền vững", tác giả chính - Giáo sư Erwin Reisner từ Khoa Hóa học Đại học Cambridge - người đã dành bảy năm làm việc cho mục tiêu này, cho biết.
Thiết bị mà Reisner và các đồng nghiệp sản xuất lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp - quá trình tự nhiên mà thực vật sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để biến carbon dioxide (CO₂) thành thức ăn.

Trên lá nhân tạo, có hai chất hấp thụ ánh sáng, tương tự như các phân tử thu thập ánh sáng mặt trời có trong thực vật, kết hợp với một chất xúc tác được tạo từ nguyên tố coban dồi dào trong tự nhiên.

Khi thiết bị được ngâm trong nước, một chất hấp thụ ánh sáng sử dụng chất xúc tác để tạo ra oxy (O₂). Loại kia thực hiện phản ứng hóa học làm giảm carbon dioxide (CO₂) và nước thành carbon monoxide (CO) và hydro (H₂), tạo thành hỗn hợp khí tổng hợp.

Hơn thế nữa, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng bộ hấp thụ ánh sáng của họ hoạt động ngay cả trong điều kiện lượng ánh sáng mặt trời thấp như khi trời mưa hoặc nhiều mây.

"Điều này nghĩa là công nghệ này không phải chỉ giới hạn ở các nước ấm áp hoặc chỉ vận hành quy trình trong những tháng mùa hè, mà bạn còn có thể sử dụng nó từ sáng đến tối, bất cứ nơi nào trên thế giới.", tiến sĩ Virgil Andrei, tác giả chính của bài báo cho biết.

Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa học khí tổng hợp bền vững Christian Doppler thuộc Khoa Hóa học của đại học Cambridge; được đồng tài trợ bởi chính phủ Áo và công ty hóa dầu OMV của Áo để tìm cách làm cho việc kinh doanh của họ bền vững hơn.

"OMV là một nhà tài trợ nhiệt tình của Phòng thí nghiệm Christian Doppler trong bảy năm qua. Nghiên cứu cơ bản của nhóm nhằm tạo khí tổng hợp làm cơ sở cho sản xuất nhiên liệu lỏng theo phương pháp trung hòa cacbon là một bước đột phá mới", Michael-Dieter Ulbrich, cố vấn cao cấp tại OMV cho biết.

Các thiết bị 'lá nhân tạo' khác cũng đã được phát triển, nhưng những thiết bị này thường chỉ sản xuất khí hydro (H₂). Các nhà nghiên cứu tại Cambridge cho biết lý do họ có thể tạo ra khí tổng hợp bền vững là nhờ sự kết hợp giữa các vật liệu và chất xúc tác mà họ sử dụng.

Chúng bao gồm các chất hấp thụ ánh sáng perovskite (tên gọi chung của các vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giống với cấu trúc của vật liệu gốm canxi titanat (CaTiO3)) tiên tiến hơn so với các chất hấp thụ ánh sáng làm từ silicon hoặc vật liệu nhạy cảm với thuốc nhuộm. Chất này có khả năng cung cấp dòng điện và quang điện cao để tạo năng lượng cho phản ứng hóa học khử carbon dioxide (CO2) thành carbon monoxide (CO). Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng coban làm chất xúc tác phân tử, thay vì bạch kim hay bạc. Coban không chỉ có chi phí thấp hơn mà còn tốt hơn trong việc sản xuất carbon monoxide (CO) so với các chất xúc tác khác.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách sử dụng công nghệ của họ để sản xuất một loại nhiên liệu lỏng thay thế bền vững cho xăng.Khí tổng hợp đã được sử dụng như một nền tảng trong sản xuất nhiên liệu lỏng. "Những gì chúng tôi muốn làm tiếp theo, thay vì đầu tiên tạo ra khí tổng hợp và sau đó chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng, là tạo ra nhiên liệu lỏng trong một bước từ carbon dioxide (CO₂) và nước," Reisner, cũng là thành viên thuộc Trường đại học St John cho biết.

Mặc dù những tiến bộ to lớn đang được tạo ra trong việc tạo ra điện từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và quang điện, Reisner nói rằng việc phát triển xăng tổng hợp là rất quan trọng, vì điện hiện chỉ có thể đáp ứng khoảng 25% tổng nhu cầu năng lượng toàn cầu. "Có một nhu cầu rất lớn đối với nhiên liệu lỏng để cung cấp năng lượng bền vững cho vận tải, vận chuyển và dịch vụ hàng không," ông nói.

"Chúng tôi đang nhắm đến việc tạo ra các sản phẩm bền vững như ethanol, có thể dễ dàng sử dụng làm nhiên liệu", Andrei nói. "Thật khó để tạo ra nó chỉ trong một bước từ ánh sáng mặt trời bằng cách sử dụng phản ứng khử carbon dioxide (CO₂). Nhưng chúng tôi tin chắc rằng mình đang đi đúng hướng với các chất xúc tác phù hợp, vì vậy chúng tôi tin rằng trong tương lai gần, chúng ta sẽ sản xuất được một thiết bị có thể thực hiện quá trình này. "

Nghiên cứu này cũng được tài trợ bởi Chương trình Winton về Vật lý bền vững, Hội đồng nghiên cứu khoa học sinh học và công nghệ sinh học và Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật.

Nguyễn Thị Thủy Tiên- Hcmbiotech.