Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Nghiên cứu mới trong lĩnh vực quang hợp bán nhân tạo (21/09/2018)

Công cuộc tìm kiếm những phương pháp mới để khai thác năng lượng mặt trời đã tiến thêm một bước sau khi các nhà nghiên cứu tách thành công nước thành hydro và oxy bằng cách thay đổi bộ máy quang hợp của thực vật.

Hình ảnh minh họa.

Quang hợp là quá trình thực vật sử dụng để chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành năng lượng. Oxy được tạo thành như sản phẩm phụ của quá trình quang hợp khi nước do thực vật hấp thụ được “tách”. Đây là một trong những phản ứng quan trọng nhất trên hành tinh vì nó là nguồn gốc sản sinh gần như toàn bộ oxy trên thế giới. Hydro được tạo ra khi nước bị phân tách, có thể là một nguồn năng lượng tái tạo xanh và không giới hạn.

Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại trường Cao đẳng St John's thuộc trường Đại học Cambridge dẫn đầu, đã sử dụng quang hợp bán nhân tạo để khám phá những phương thức mới sản xuất và lưu trữ năng lượng mặt trời. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng ánh nắng mặt trời tự nhiên để biến đổi nước thành hydro và oxy bằng cách sử dụng hỗn hợp các thành phần sinh học và công nghệ nhân tạo.

Nghiên cứu có thể được sử dụng để cách mạng hóa các hệ thống được sử dụng để sản xuất năng lượng tái tạo. Báo cáo nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Energy, đề cập đến cách các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Reisner ở Cambridge đã phát triển nền tảng để đạt khả năng tách nước bằng năng lượng mặt trời. Phương pháp này cũng hấp thu nhiều ánh nắng mặt trời hơn quang hợp tự nhiên. 

Katarzyna Sokól, tác giả đầu tiên và là nghiên cứu sinh tại trường Cao đẳng St John's cho biết: “Quang hợp tự nhiên không hiệu quả vì quá trình này diễn ra chỉ để giúp thực vật sinh tồn nên tạo ra khối lượng năng lượng tối thiểu cần thiết, khoảng 1-2% mức thực vật có khả năng chuyển đổi và lưu trữ".

Quang hợp nhân tạo đã tồn tại trong nhiều thập kỷ qua nhưng vẫn chưa được sử dụng thành công để sản xuất năng lượng tái tạo vì cần có các chất xúc tác đắt tiền và độc hại. Có nghĩa là quá trình này vẫn chưa được sử dụng để mở rộng trên quy mô công nghiệp.

Nghiên cứu mới là một phần của lĩnh vực quang hợp bán nhân tạo mới nổi nhằm khắc phục những hạn chế của quá trình quang hợp hoàn toàn nhân tạo thông qua sử dụng các enzym để thực hiện phản ứng như mong đợi. Nhóm nghiên cứu không chỉ tăng nguồn năng lượng được sản xuất và lưu trữ, mà còn tái kích hoạt một quá trình trong tảo không còn hoạt động trong hàng thiên niên kỷ.

Sokól giải thích: "Hydrogenase là một loại enzyme trong tảo có khả năng khử proton thành hydro. Trong giai đoạn tiến hóa, quá trình này đã ngừng hoạt động vì không cần thiết cho sự sinh tồn của tảo, nhưng chúng tôi đã kích hoạt thành công quá trình đó để thực hiện phản ứng như mong đợi. Đó là tách nước thành hydro và oxy”. Sokól hy vọng những phát hiện này sẽ cho phép phát triển các hệ thống mô hình mới chuyển đổi năng lượng mặt trời.

Đây là mô hình đầu tiên sử dụng thành công hydrogenase và hệ thống quang II để tạo nên quá trình quang hợp bán nhân tạo hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. TS. Erwin Reisner, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng nghiên cứu mới là cột mốc quan trọng. Nghiên cứu đã khắc phục được nhiều khó khăn liên quan đến việc kết hợp các thành phần sinh học và hữu cơ vào trong các vật liệu vô cơ phục vụ lắp ráp các thiết bị bán nhân tạo và là một công cụ để phát triển các hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời trong tương lai.

Nguồn: N.T.T (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 21/9/2018