Biến năng lượng Mặt Trời thành nhiên liệu bằng quang hợp nhân tạo

Ngày 19/06/2013

Các nhà khoa học trường Đại học Đông Anglia ở Norwich, Anh, đang nghiên cứu sáng chế công nghệ quang hợp nhân tạo nhằm biến năng lượng Mặt Trời thành nhiên liệu Hydrogen.

Các nhà khoa học trường Đại học Đông Anglia ở Norwich, Anh, đang nghiên cứu sáng chế công nghệ quang hợp nhân tạo nhằm biến năng lượng Mặt Trời thành nhiên liệu Hydrogen.
Mọi người đều biết, các loại thực vật, các vi khuẩn tảo lam (cyanobacteria) và nhiều sinh vật quang hợp khác có thể sử dụng năng lượng ánh sáng Mặt Trời làm ra thức ăn cho mình. Thế nhưng công nghệ quang hợp nhân tạo không phải là công nghệ sử dụng công thức quen thuộc biến carbon dioxide (C02) và nước thành đường và oxygen, mà là sử dụng năng lượng Mặt Trời để sản xuất ra Hydrogen — một loại nhiên liệu không có chất thải.

Dự án nói trên đặt dưới sự chỉ đạo của giáo sư Julea Butt tại Trường Hóa và Trường Khoa học sinh vật thuộc Đại học Đông Anglia và có sự hợp tác của hai trường Đại học Leeds và Đại học Cambridge.

Giáo sư Julea Butt nói: “Hiện nay trữ lượng các loại nhiên liệu hóa thạch đang giảm dần và giá nhiên liệu không ngừng tăng lên. Bởi vậy việc mở rộng cung ứng nguồn năng lượng tái sinh trở nên rất quan trọng. Các loài thực vật trong thiên nhiên đã truyền cho chúng tôi một cảm hứng — trong quá trình thực vật thực hiện tác dụng quang hợp, năng lượng trong ánh sáng Mặt Trời có thể tự nhiên chuyển hóa thành nhiên liệu.”

“Chúng tôi sẽ xây dựng một hệ thống quang hợp nhân tạo bằng cách đặt những tấm pin Mặt Trời nhỏ xíu vào các vi sinh vật. Chúng sẽ tận dụng ánh sáng Mặt Trời và xúc tiến việc chế tạo Hydrogen.”

Giáo sư Butt cho biết: khi tiến hành tác dụng quang hợp nhân tạo (Artificial Photosynthesis) sẽ cần tới những tấm pin Mặt Trời mini dùng cho vi sinh vật. Ông giải thích: “Như vậy sẽ lợi dụng ánh sáng Mặt Trời với hiệu suất cao và xúc tiến quá trình sinh ra Hydrogen. Nếu công nghệ này thành công thì nó sẽ có thể được dùng để sáng tạo những loại nhiên liệu khác hoặc dược phẩm.”

Hội đồng Nghiên cứu Công nghệ sinh học và Khoa học sinh vật đã tài trợ 800.000 bảng Anh (1,26 triệu USD) cho dự án nói trên.

Chế tạo Hydrogen bằng phương pháp quang hợp nhân tạo để dùng nó làm nhiên liệu chạy các loại xe (như xe Hyundai ix35 Tucson) là một cố gắng đang được đẩy mạnh. Hiện nay nước Mỹ đã bắt đầu thí điểm sử dụng ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydrogen. Khí hydrogen và khí oxygen trong pin kết hợp với nhau, quá trình này tạo ra nước và điện. Điện năng đó được đưa vào động cơ điện làm quay bánh ô tô.

Sử dụng nguyên lý tác dụng quang hợp để chế tạo Hydrogen sẽ mở ra một chân trời mới trong việc giải quyết vấn đề nguồn năng lượng cho loài người. Hydrogen là loại nhiên liệu tin cậy, giá rẻ và sạch. Điểm khác nhau giữa Hydrogen với các loại nhiên liệu rắn là khi đốt Hydrogen để làm ra năng lượng, quá trình này không sinh ra bất cứ chất thải nào. Ngoài ra Hydrogen còn là nguyên tố có nhiều nhất trên Trái Đất.

Trước đây người ta vẫn điện phân nước thành Hydrogen và Oxygen, cách này không chỉ tốn năng lượng mà còn có nguy cơ gây nổ. Tạp chí Hóa học Tự nhiên (Nature Chemistry) số ra hôm 15/5/2013 đăng bài của các nhà khoa học trường Đại học Glasgow (Scotland, Anh Quốc), cho biết từ lâu họ đã coi trọng phương pháp xưa nay các loài thực vật ở khắp mọi nơi trên Trái Đất đã sử dụng, là dùng ánh sáng Mặt Trời để tách các phân tử nước thành Hydrogen và Oxygen - tức phương pháp quang hợp. Họ đang nghiên cứu một phương pháp điện phân mới tránh gây nổ bằng cách cho hai chất khí lần lượt được tách ra từ nước, trước tiên là Oxygen, sau mới đến Hydrogen được tách ra vào thời điểm thích hợp. Hydrogen nguyên chất không sinh ra một cách tự nhiên mà phải dùng năng lượng để chế tạo nó. Phương pháp điện phân mới này cần thời gian lâu hơn nhưng an toàn hơn, tiêu hao ít năng lượng hơn.

Các nhà nghiên cứu ở Đại học Georgia (Mỹ) lại đang phát triển một công nghệ khác, là sử dụng cây xanh để trực tiếp tạo ra điện năng, chứ không tạo ra Hydrogen như cách làm của các nhà khoa học Anh. Phó giáo sư Ramaraja Ramasamy tại Đại học Georgia cho biết: “Cách tiếp cận đó có thể giúp chúng ta tạo ra năng lượng sạch từ ánh sáng Mặt Trời bằng cách sử dụng quá trình quang hợp của thực vật”.

Thực vật là “nhà máy năng lượng Mặt Trời” có hiệu suất cao nhất, gần như tuyệt đối, có nghĩa là nó chuyển đổi tất cả các photon ánh sáng Mặt Trời chiếu lên nó thành các electron. Nếu có thể làm chủ quá trình này thì sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất của các tấm pin năng lượng Mặt Trời hiện nay có hiệu suất rất thấp, chỉ 12 - 17%.

Trong quá trình quang hợp, thực vật sử dụng ánh sáng Mặt Trời để tách nước thành hydro và oxy kèm theo các electron. Các electron được giải phóng của quá trình quang hợp sẽ giúp tạo ra đường để phục vụ cho quá trình tăng trưởng của thực vật. Ramaraja Ramasamy cho biết: “Ý tưởng của chúng tôi là can thiệp vào quá trình quang hợp và thu giữ các electron trước khi chúng được sử dụng để sản xuất đường”.

Nguồn: Báo Tia sáng