Lá nhân tạo nổi trên mặt nước có thể sản xuất nhiên liệu sạch

Ðược biết, các công nghệ sản xuất năng lượng tái tạo - chẳng hạn như điện gió và điện mặt trời - ngày càng ít tốn chi phí và phổ biến trong những năm gần đây. Tuy nhiên, các ngành công nghiệp như vận chuyển, khử carbon thì tốn kém hơn nhiều. Hơn nữa, khoảng 80% hàng hóa thương mại toàn cầu được vận chuyển bằng các tàu chở hàng chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, nhưng tác động của ngành này đối với khủng hoảng khí hậu lại ít được chú ý.

Nhằm giải quyết những vấn đề trên, Giáo sư Erwin Reisner và các cộng sự tại Ðại học Cambridge nhiều năm qua đã nỗ lực phát triển các giải pháp bền vững giúp tạo ra nhiên liệu dựa trên các nguyên tắc quang hợp của thực vật. Hồi năm 2019, họ từng phát triển thành công mô hình lá nhân tạo có khả năng dùng ánh nắng, CO2 và nước để tạo ra khí tổng hợp. Loại khí này là chất trung gian quan trọng trong quá trình sản xuất nhiều loại hóa chất, dược phẩm, nhựa, phân bón và nhiên liệu như dầu diesel. Nguyên mẫu lá nhân tạo ban đầu sản xuất nhiên liệu bằng cách kết hợp hai bộ hấp thụ ánh sáng với chất xúc tác thích hợp. Nhưng do có phần đế thủy tinh dày và lớp phủ chống ẩm, nên thiết bị vừa nặng vừa dễ vỡ, cũng như rất khó vận chuyển và sản xuất ở quy mô lớn.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã “thu nhỏ” lá nhân tạo lại đến mức đủ nhẹ để nó có thể nổi trên mặt nước mà không làm giảm hiệu quả chuyển đổi năng lượng. Cụ thể, họ đặt các lớp hấp thụ ánh nắng perovskite lên các lớp polyester mỏng, mềm dẻo được phủ indium tin oxide (ITO) và sử dụng chất xúc tác bạch kim. Sau đó, thiết bị được bao phủ bởi vật liệu siêu mỏng làm từ carbon không thấm nước để khỏi bị hư hại do độ ẩm. Kết quả cuối cùng là một chiếc lá nhân tạo nổi trên mặt nước, có thể phân tách nước bên dưới thành hydro và ôxy hoặc sản xuất các thành phần khí tổng hợp.

Kết quả thử nghiệm thả trôi lá nhân tạo trên các dòng sông cho thấy sản lượng chuyển đổi năng lượng trên mỗi gram trọng lượng của lá có thể so sánh với lá tự nhiên, đạt mức 0,58% đối với hydro và 0,053% đối với carbon monoxide (CO). Ðây là một sự cải tiến tốt nhất so với các phiên bản trước đó. Ngoài ra, lá nhân tạo mới cũng có thể mở rộng, khi lần lượt được thử nghiệm thành công trên các phiên bản có kích thước từ 1,7cm2 đến 100cm2, với hiệu suất hoạt động tăng tỷ lệ thuận theo kích cỡ.

Theo nhóm sáng chế, lá nhân tạo nổi có thể được sử dụng để tạo ra nhiên liệu sạch ở bất kỳ nơi nào có nước, kể cả nơi mà mặt nước bị ô nhiễm hoặc ngoài biển khơi, cũng như có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch của ngành vận tải biển toàn cầu. “Những chiếc lá này có thể cung cấp năng lượng cho các khu định cư ven biển, các hòn đảo xa xôi, che phủ các hồ xả thải công nghiệp hoặc ngăn nước bốc hơi khỏi các kênh tưới tiêu” - Tiến sĩ Virgil Andrei, đồng tác giả nghiên cứu, nói thêm.