Khoa học tự nhiên

Đột phá về tế bào năng lượng mặt trời có thể “bắt giữ” cacbon đioxyt và ánh sáng mặt trời để sản sinh ra nhiên liệu có thể đốt cháy (05/08/2016)

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois, Chicago (UIC) đã thiết kế thành công tế bào năng lượng mặt trời tiềm năng, chi phí rẻ, có khả năng chuyển đổi hiệu quả cacbon đioxit trong khí quyển trực tiếp thành nhiên liệu hydrocarbon khả dụng bằng cách chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời. Các kết quả của công trình nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Science gần đây.

Không giống như các tế bào năng lượng mặt trời truyền thống. Việc chuyển đổi ánh sáng thành điện năng cần phải lưu trữ trong các pin nặng. Loại thiết bị mới này về cơ bản thực hiện các công việc như của một nhà máy, việc chuyển đổi cacbon đioxit trong khí quyển thành nhiên liệu, giải quyết hai vấn đề cốt yếu cùng một lúc. Một trang trại năng lượng mặt trời giống như “những chiếc lá nhân tạo” có thể loại bỏ một lượng cácbon đáng kể khỏi khí quyển và sản sinh nhiên liệu có mật độ năng lượng cao một cách hiệu quả. 

“Tế bào năng lượng mặt trời mới này không phải là quang điện-nó là quang hợp (photosynthetic)”, Amin Salehi-Khojin, phó giáo sư về kỹ thuật công nghiệp và cơ khí tại UIC, tác giả chính của công trình nghiên cứu cho biết. “Thay vì sản sinh năng lượng trong một bộ định tuyến một chiều không bền (unsustainable) từ các nhiên liệu hóa thạch thành khí nhà kính (greenhouse gas), bây giờ chúng tôi có thể đảo ngược lại chu trình này và tái sinh cácbon trong khí quyển thành nhiên liệu bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời”.

Trong khi các nhà máy sản xuất nhiên liệu dưới dạng đường, những chiếc lá nhân tạo phân phối các chất khí tổng hợp, hoặc các chất khí tổng hợp, hỗn hợp chất khí hydrogel và cácbon monoxít. Chất khí tổng hợp có thể đốt cháy trực tiếp, hoặc chuyển đổi thành dầu điezen hoặc các nhiên liệu hydrocarbon khác.

Khả năng chuyển đổi CO₂ thành nhiên liệu với chi phí tương đương với một galông xăng (đơn vị đo lường chất lỏng bằng 4, 54 lít ở Anh, 3, 78 lít ở Mỹ) sẽ không còn cần sử dụng nhiên liệu hóa thạch nữa. 

“Các phản ứng hóa học để chuyển đổi CO₂ thành các dạng cácbon có thể đốt cháy được gọi là các phản ứng khử, trái ngược với quá trình oxy hóa hoặc quá trình đốt cháy. Các kỹ sư đang thăm dò các chất xúc tác khác nhau để thúc đẩy phản ứng khử CO₂, nhưng hiện các phản ứng này không hiệu quả và cần dựa vào các kim loại quý đắt tiền như bạc”, Salehi-Khojin nói. “Chất mà chúng tôi cần là một nhóm các hóa chất mới có các đặc tính đặc biệt”.

Salehi-Khojin và các cộng sự của ông đã tập trung vào nhóm các thành phần cấu trúc nano thuộc họ dichalcogenides kim loại chuyển tiếp (transition metal dichalcogenides - TMDCs). TMDCs giống như các chất xúc tác, việc gép cặp chúng với các dung dịch có ion độc đáo y như chất điện phân bên trong một pin hai ngăn, ba điện cực điện hóa. 

“Chất xúc tác mới này hoạt tính tốt hơn, có khả năng phá vỡ các liên kết hóa học của cacbon đioxit”, Mohammad Asadi, nhà nghiên cứu bậc sau tiến sỹ, cho biết.

Trên thực tế, chất xúc tác mới này nhanh hơn 1,000 lần so với các chất xúc tác kim loại quý, giá thành rẻ hơn khoảng 20 lần. 

Các nhà nghiên cứu khác cũng đã sử dụng chất xúc tác TMDC để sản xuất hydrogen bằng nhiều cách khác, nhưng không bằng cách khử CO₂. Tuy nhiên, chất xúc tác này không xảy ra phản ứng. 

Theo Salehi-Khojin cho biết, công nghệ này không những phù hợp với các ứng dụng có quy mô lớn, giống như các trang trại năng lượng mặt trời, mà con có thể áp dụng với quy mô nhỏ. Trong tương lai nó có thể hữu ích ở trên Sao Hỏa, nơi có bầu khí quyển chủ yếu là cácbon đioxit, nếu hành tinh này có nước. 

Nguồn: www.vista.gov.vn