‘Lá nhân tạo’ sản xuất năng lượng từ không khí và ánh nắng

0:00 / 0:00
0:00
(Ngày Nay) - Trong bối cảnh thế giới đang tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch để ngăn chặn biến đối khí hậu, các nhà khoa học ở Thụy Sĩ đã phát triển một thiết bị giống như chiếc lá nhỏ để sản xuất năng lượng tái tạo.
Thiết bị "lá nhân tạo". Ảnh: EPFL
Thiết bị "lá nhân tạo". Ảnh: EPFL

Các chuyên gia tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) đã lấy cảm hứng chế tạo thiết bị chuyển đổi năng lượng kể trên từ quá trình quang hợp của thực vật.

Giáo sư Kevin Sivula tại EFPL giải thích rằng quá trình quang hợp tự nhiên xảy ra bằng cách lấy carbon dioxide từ không khí và kết hợp với ánh nắng mặt trời để biến thành hydro và oxy. Thành quả thu được là đường, thứ giúp lưu trữ hiệu quả ánh sáng mặt trời ở một dạng chất hóa học. Do vậy, ông Sivula và các đồng nghiệp đã muốn làm điều tương tự: lấy ánh sáng mặt trời và hơi nước từ không khí rồi lưu trữ năng lượng ánh sáng mặt trời đó dưới dạng hydro.

Nghiên cứu của ông Sivula và nhóm đồng nghiệp vừa được giới thiệu chi tiết trên tạp chí Advanced Materials. Họ đã cho ra đời của một tấm vi mạch nhỏ, trong suốt làm bằng sợi thủy tinh được bao phủ bởi vật liệu bán dẫn. Thiết bị này sử dụng ánh sáng mặt trời để phân tách nước thành hydro và oxy.

“Chúng ta có rất nhiều ánh sáng mặt trời, nhưng không phải lúc nào mặt trời cũng chiếu sáng. Vì vậy, chúng tôi cần một cách để lưu trữ ánh sáng mặt trời để sử dụng trong tương lai. Và lưu trữ ánh sáng mặt trời ở dạng hydro là lựa chọn hàng đầu để thực hiện điều này”, Giáo sư Sivula lý giải thêm.

Thiết bị của nhóm chuyên gia Thụy Sĩ đã kết hợp công nghệ chất bán dẫn với một thành phần độc đáo: các điện cực có ba đặc điểm chính. Các điện cực đó được ví như những chiếc lá nhân tạo, có cấu trúc xốp để tiếp xúc tối đa với nước trong không khí và có tính dẫn điện.

Có thể nói rằng đặc tính quan trọng nhất của các điện cực chính là cấu tạo của chúng: một mạng lưới sợi thủy tinh 3D. Điều này có nghĩa là điện cực sẽ trong suốt, qua đó tối đa hóa lượng ánh sáng mặt trời chiếu tới lớp phủ bán dẫn.

Thiết bị này gồm ba phần chính: một quang cực dương nơi oxy được tạo ra từ quá trình oxy hóa nước, một màng để vận chuyển các proton đến một cực âm quang, nơi các proton bị khử thành hydro và một lớp phủ bán dẫn cho phép phản ứng quang điện hóa xảy ra để tạo ra hydro.

‘Lá nhân tạo’ sản xuất năng lượng từ không khí và ánh nắng ảnh 1
Giáo sư Kevin Sivula. Ảnh: EFPL

Mặc dù quá trình quang hợp nhân tạo đã được triển khai từ trước đó, nhưng công nghệ mới của EFPL lại giải quyết được hai vấn đề là hấp thu nước từ không khí và cung cấp năng lượng cho phản ứng hóa học với ánh sáng mặt trời. Nhóm nghiên cứu cũng tìm ra một cách thực tiễn hơn để hấp thu nước là sử dụng hơi ẩm thay vì nước dạng lỏng. Nhờ vậy, “lá nhân tạo” có thể tránh được các vấn đề còn tồn tại của những thiết bị quang điện hóa hiện nay như cần sử dụng ánh sáng để kích thích vật liệu cảm quang hoặc chất bán dẫn ngâm trong chất lỏng, để tạo phản ứng hóa học.

Trên thực tế, các thiết bị quang điện hóa sử dụng chất lỏng đều khó nhân rộng quy mô sử dụng vì chúng rất khó chế tạo và tốn kém.

“Chúng tôi đã cố gắng sử dụng các phương pháp đơn giản có thể dễ dàng mở rộng ứng dụng. Tuy nhiên, chúng tôi cần phải nghiên cứu sâu hơn để để tăng hiệu suất của thiết bị trước khi chuyển sang giai đoạn mở rộng”, Giáo sư Sivula nhấn mạnh.

Hiện tại, nhóm của ông đang tập trung vào việc tối ưu hóa cơ học, hóa học và hiệu quả của thiết bị “lá nhân tạo”. Nếu cải thiện thành công quá trình chuyển đổi từ ánh sáng mặt trời sang hydro cùng độ ổn định của nó, các hệ thống lá nhân tạo có thể được lắp đặt ở khắp nơi, kể cả trong môi trường khô cằn như sa mạc lẫn những nơi có môi trường ẩm ướt, thiếu ánh nắng.

Theo ông Sivula, chuyển đổi năng lượng mặt trời thành các liên kết hóa học như hydro là một cách tiếp cận thực tế cho phép chúng ta tiến tới một nền kinh tế không phát thải carbon và giảm tác động đối với môi trường.

Thị trường căn hộ TP.HCM đang bước vào giai đoạn tăng trưởng đa cực, ảnh MH.
Giá căn hộ trung tâm TP Hồ Chí Minh tăng cao nhất mọi thời đại
(Ngày Nay) -Dữ liệu Q1 2026 cho thấy thị trường căn hộ đang bước vào giai đoạn tái điều chỉnh, khi mặt bằng giá cao tại khu vực trung tâm làm giảm sức mua, trong khi các khu vực vệ tinh với mức giá dễ tiếp cận hơn tiếp tục duy trì thanh khoản cho thị trường.
TS. LS. Đoàn Văn Bình trình bày báo cáo chuyên đề về Nhà ở cho thuê tại Việt Nam.
Giải pháp phát triển nhanh thị trường nhà ở cho thuê
(Ngày Nay) -Phát triển nhà ở cho thuê là một ưu tiên, một trụ cột và sẽ là động lực trong hướng đi phát triển của thị trường nhà ở, bất động sản. Tuy nhiên, phân khúc này rất cấp bách nhưng vẫn chưa phát triển tương xứng với kỳ vọng.
Rapper Mason Nguyễn
Sạp show 2026: dàn nghệ sĩ “cháy” hết mình dưới cơn mưa, mang đến đêm nhạc đầy cảm xúc
(Ngày Nay) - Tối 30/5/2026, tại Trung tâm Cung ứng Dịch vụ công, phường Bến Thành, TP. Hồ Chí Minh, Sạp Show 2026 đã diễn ra trong không khí sôi động với sự góp mặt của nhiều nghệ sĩ trẻ được yêu mến. Bất chấp cơn mưa nặng hạt kéo dài trong đêm diễn, khán giả vẫn ở lại hòa mình vào âm nhạc, tạo nên một trong những khoảnh khắc đáng nhớ nhất của chương trình.
Tuồng, Chèo và Cải lương lần đầu tiên cùng xuất hiện trong một tác phẩm nghệ thuật sau sáp nhập (Ảnh: Khánh Ly)
“Hạ Hồi Show” đánh dấu lần đầu Tuồng, Chèo, Cải lương chung một sân khấu
(Ngày Nay) - Tối 30/5 tại Rạp Hồng Hà (Hà Nội), chương trình tạp kỹ “Hạ Hồi Show - Bí mật triều đại phép thuật” đã chính thức ra mắt khán giả. Sự kiện thu hút sự quan tâm của đông đảo người yêu nghệ thuật khi đánh dấu lần đầu tiên ba loại hình sân khấu truyền thống gồm Tuồng, Chèo và Cải lương cùng hội tụ trong một tác phẩm biểu diễn thống nhất.