Các nhà nghiên cứu vừa phát triển được một công nghệ quang hợp nhân tạo có thể là mang lại lợi ích kép cho môi trường (Shutterstock)

Mặc dù năng lượng tái tạo đang ngày một chiếm một phần lớn sản lượng năng lượng của thế giới nhưng các nhà khoa học cho rằng các xu hướng tích tụ CO2 trong bầu khí quyển hiện tại vẫn có thể dẫn tới hậu quả nghiêm trọng và xuất hiện sớm hơn chúng ta dự đoán.

Một cách để duy trì khí thải có hại dưới mức kiểm soát là thu giữ khí CO2 từ những ống khói công nghiệp sử dụng các vật liệu như polyme hay bọt xốp. Một số nhà khoa học thậm chí còn tiến xa hơn một bước, nghiên cứu công nghệ chuyển đổi CO2 thành các sản phẩm phụ hữu ích như canxi cacbonat hay nhiên liệu sinh học như methanol và isobutanol. Tuy nhiên, các hệ thống này hoặc vẫn đạt sản lượng thấp hoặc vẫn ở gian đoạn thử nghiệm ban đầu.

Lấy cảm hứng từ Mẹ thiên nhiên, các nhà khoa học này sáng chế ra một hệ thống sử dụng ánh sáng mặt trời và nước để chuyển đổi CO2 thành một loại các hóa chất có ích. Quang hợp nhân tạo là một khái niệm mới – nó được sử dụng để tách nước thành hydro và oxy và tổng axit fomic – nhưng phương pháp mới này có thể là thứ thay đổi trò chơi vì tính linh hoạt và sản lượng cao mà nó đạt được.

“Hệ thống của chúng tôi có tiềm năng thay đổi căn bản cách ngành công nghiệp hóa dầu mà ở đó chúng ta có thể sản xuất hóa chất và nhiên liệu theo cách hoàn toàn tái tạo thay vì khai thác chúng từ sâu dưới lòng đất”, Peidong Yang, người dẫn đầu nghiên cứu cùng với Christopher và Michelle Chang cho biết.

Phát minh của họ sử dụng 2 loài vi khuẩn khác nhau được rắc bên trong một hệ thống dây nano silic và titan. Dây nano silic đóng vai trò là tế bào mặt trời thu nhỏ, giữ ánh sáng đến và giải phóng electron. Các electron sau đó được Sporomusa ovata, một loài vi khuẩn kỵ khí vốn kết hợp chúng với nước và biến CO2 thành acetate, một tiền chất hóa học linh hoạt. Trong khi đó phần titan của cấu trúc lấy điện tích âm còn lại ở vị trí của electron và sử dụng nó để tách oxy ra khỏi nước. Oxy sau đó được khuẩn E. Coli biến đổi gen sử dụng để tổng hợp các hóa chất mong muốn.

Hệ thống dây nano cũng đóng vai trò là lớp bảo vệ cho vi khuẩn, vùi chúng dưới một thứ tương tự như lớp kính dày để các sinh vật thường nhạy cảm với oxy có thể sống sót trong điều kiện môi trường bất lợi như khí xả.

Với mục đích chứng minh nguyên lý, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng hệ thống của họ có thể khử CO2 thành các hóa chất bao gồm polyme, nhiên liệu và tiền chất dược phẩm. Sản lượng gồm đến 26% butanol, 25% amorphadiene, một tiền chất của thuốc chống sốt rét artemisinin và 52% PHB, một loại nhựa tái tạo và tự phân hủy mặc dù những con số đó có thể tăng hơn nữa với các tối ưu trong tương lai.

Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời đạt ở 0,38% sau 200 giờ dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng, mức mà các nhà nghiên cứu cho là gần bằng một chiếc lá thật. Nhưng nhóm vẫn đang nỗ lực để cải tiến nó.

“Hiện chúng tôi đang nghiên cứu hệ thống thế hệ thứ 2 vốn đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời-hóa chất 3%”, Yang cho biết. “Khi chúng tôi đạt đến hiệu suất chuyển đổi 10% một cách có hiệu quả chi phí, công nghệ có thể phù hợp để thương mại hóa”.

L.H - Dostdongnai, theo Gizmag.