Một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố phương pháp đột phá trong việc chuyển hóa carbon dioxide (CO₂) và nước thành các hóa chất có giá trị, bao gồm các thành phần cơ bản của xăng, bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng.
Năng lượng mặt trời là nguồn cung cấp miễn phí vô tận.
Phương pháp này được lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp tự nhiên, nơi thực vật sử dụng để chuyển hóa ánh sáng mặt trời, nước và CO₂ thành năng lượng, từ đó tạo ra một cách sản xuất nhiên liệu bền vững hơn.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông đã phát triển một vật liệu chuyên dụng có khả năng lưu trữ một lượng nhỏ năng lượng điện, giúp tăng hiệu quả của các phản ứng hóa học cần thiết để chuyển hóa CO₂ thành các hợp chất hữu ích.
Bằng cách kết hợp hệ thống này với các chất xúc tác, họ đã thành công trong việc sản xuất carbon monoxide từ năng lượng mặt trời. Chất trung gian này có thể được chuyển đổi tiếp thành nhiên liệu, mở ra giải pháp tiềm năng cho các ngành công nghiệp khó điện khí hóa như hàng không và vận tải biển.
Các nhà khoa học đang tìm cách tận dụng nguồn năng lượng miễn phí này.
Nguồn ánh sáng mặt trời ngày càng được khai thác
Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Nature Communications, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng phương pháp của họ thiết lập một chiến lược dự trữ điện tích lấy cảm hứng từ sinh học, từ đó có thể khử quang CO₂ một cách hiệu quả. Họ cho rằng phương pháp này cung cấp một con đường phổ quát để sản xuất nhiên liệu mặt trời, thu hẹp khoảng cách giữa năng lượng tái tạo và các ứng dụng công nghiệp có nhu cầu cao.
Sự quan tâm đến việc chuyển hóa CO₂ bằng ánh sáng, hay còn gọi là quang xúc tác, đang gia tăng như một phương pháp hứa hẹn để giảm phát thải khí nhà kính và giảm áp lực lên tài nguyên thiên nhiên. Một ứng dụng đặc biệt hấp dẫn là sản xuất nhiên liệu mặt trời, loại nhiên liệu tổng hợp được tạo ra từ ánh sáng mặt trời, có cấu trúc tương tự như nhiên liệu hóa thạch và có thể sử dụng với cơ sở hạ tầng hiện có.
Biến CO₂ thành xăng nhờ năng lượng mặt trời là một điều vô cùng thú vị.
Quá trình này bao gồm việc chuyển hóa CO₂ thành các chất trung gian như carbon monoxide, sau đó có thể được xử lý thành hydrocarbon lỏng, nhờ vậy mở ra hướng đi tiềm năng cho các nhiên liệu thay thế bền vững mà không cần cải tổ hệ thống năng lượng hiện tại.
Để nâng cao hiệu quả quang hợp nhân tạo, nhóm nghiên cứu đã phát triển một vật liệu oxit vonfram biến tính bằng bạc, có khả năng lưu trữ electron khi tiếp xúc với ánh sáng và giải phóng chúng khi cần thiết. Họ cho biết vật liệu này hoạt động tương đương với các hệ thống sử dụng chất hy sinh hữu cơ và có “khả năng ứng dụng phổ quát” khi kết hợp với nhiều chất xúc tác khác nhau.
Khi thử nghiệm dưới ánh sáng mặt trời, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng ánh sáng tự nhiên có thể kích hoạt phản ứng, mở đường cho các ứng dụng nhiên liệu mặt trời mà không cần sử dụng các chất xúc tác hy sinh không bền vững.
