Năng lượng mặt trời vốn được coi là nguồn tài nguyên vô tận, nhưng rào cản lớn nhất bấy lâu nay chính là sự gián đoạn khi màn đêm buông xuống.
Mới đây, một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã gây chấn động giới khoa học khi phát triển thành công phương pháp chuyển đổi ánh sáng thành "nhiên liệu xanh" có khả năng lưu trữ và phát điện 24/7. Sự thay đổi này có thể coi là lời đáp trả cho sự hoài nghi của các chuyên gia phương Tây.
"Cơn đau đầu" của ngành năng lượng tái tạo
Mỗi giây, Trái đất nhận được lượng năng lượng từ mặt trời đủ để cung cấp cho toàn bộ nhu cầu của nhân loại. Tuy nhiên, nghịch lý nằm ở chỗ: điện mặt trời chỉ dồi dào vào ban ngày nhưng nhu cầu sử dụng lại tăng cao vào ban đêm.
Hiện nay, việc lưu trữ điện dư thừa chủ yếu dựa vào pin lithium. Thế nhưng, chi phí đắt đỏ, tuổi thọ ngắn và vấn đề ô nhiễm sau tái chế đang là những rào cản khổng lồ. Một phương pháp khác là sản xuất hydro bằng quang xúc tác cũng gặp khó khăn vì phản ứng sẽ dừng lại ngay khi thiếu ánh nắng, đòi hỏi hệ thống lưu trữ và vận chuyển cực kỳ phức tạp và rủi ro.
Đứng trước bài toán khó này, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã đề xuất một mô hình chưa từng có: Tách rời hoàn toàn quá trình thu nhận và giải phóng năng lượng.
Công nghệ "Nhiên liệu xanh": Biến ánh sáng thành dạng lỏng
Cốt lõi của phát minh này nằm ở sự kết hợp giữa hai vật liệu rẻ tiền nhưng đầy tiềm năng: Cacbon nitrua graphit và Amoni metatungstat.
1. Cacbon nitrua graphit (Bột màu vàng): Đóng vai trò như một "máy thu", hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa thành các electron năng lượng cao.
2. Amoni metatungstat (Vật liệu nano): Đóng vai trò như một "kho chứa", thu giữ các electron này, ngăn không cho chúng biến mất.
Trong môi trường thí nghiệm, khi chiếu ánh sáng xanh vào hỗn hợp này, dung dịch sẽ dần chuyển từ màu vàng nhạt sang xanh đậm. Đây là dấu hiệu cho thấy năng lượng ánh sáng đã được "khóa" lại dưới dạng năng lượng hóa học bên trong một loại "nhiên liệu xanh".
Sản xuất điện trong bóng đêm: Hiệu suất kinh ngạc
Điểm đột phá nhất nằm ở khả năng giải phóng năng lượng. Trong điều kiện bóng tối hoàn toàn, chỉ cần thêm một lượng nhỏ chất xúc tác, loại "nhiên liệu xanh" này có thể nhanh chóng tạo ra hydro với tốc độ lên tới 954 micromol/gram/giờ.
Con số này vượt xa các phương pháp truyền thống, cho thấy khả năng cộng hưởng tuyệt vời của vật liệu trong việc lưu trữ và tái tạo năng lượng. Phương pháp này biến năng lượng mặt trời từ một nguồn phụ thuộc thời tiết thành một loại nhiên liệu có thể vận chuyển và sử dụng bất cứ khi nào cần thiết.
"Đây thực sự là một chiến dịch thay đổi luật chơi. Chúng ta không còn chỉ sản xuất điện khi mặt trời mọc, mà đang biến ánh sáng thành một loại pin lỏng có thể sạc và dùng dần" - các chuyên gia nhận định.
Những thách thức trên con đường thương mại hóa
Dù mở ra một tương lai tươi sáng, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn phòng thí nghiệm và cần vượt qua 3 rào cản chính:
Sự phụ thuộc vào Methanol: Hệ thống hiện tại cần methanol làm chất dẫn, gây lo ngại về chi phí và quản lý hóa chất nếu ứng dụng quy mô lớn.
Thời gian lưu trữ: Hiện tại, các electron mới chỉ được giữ lại trong vài giờ. Các nhà khoa học đang nghiên cứu cấu trúc nano để kéo dài thời gian này lên hàng tháng hoặc theo mùa.
Giá thành chất xúc tác: Việc sử dụng bạch kim (kim loại quý) để giải phóng hydro vẫn còn khá đắt đỏ, đòi hỏi tìm kiếm các vật liệu thay thế rẻ tiền hơn.
Kỷ nguyên "Ngập tràn ánh sáng mặt trời"
Nếu được tối ưu hóa và đưa vào sản xuất công nghiệp, công nghệ này sẽ thay đổi hoàn toàn bản đồ năng lượng toàn cầu. Năng lượng mặt trời sẽ không còn bị bó buộc trong những tấm pin quang điện tĩnh lặng mà có thể lưu trữ dưới dạng nhiên liệu lỏng, dễ dàng vận chuyển từ sa mạc Gobi về các đô thị sầm uất.
Bước đột phá của các nhà khoa học Trung Quốc không chỉ là một chiến thắng về mặt vật liệu, mà còn là lời giải cho bài toán biến năng lượng sạch thành nguồn năng lượng ổn định, bền vững, giúp nhân loại dần thoát khỏi sự phụ thuộc vào hóa thạch.
