‘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.

Tiếp tục sáng tạo, thực hiện cam kết của Thành phố Sáng tạo UNESCO
Tiếp tục sáng tạo, thực hiện cam kết của Thành phố Sáng tạo UNESCO
(Ngày Nay) - Tối 31/1 tại phường Xuân Hương- Đà Lạt (Lâm Đồng), Không gian Sáng tạo Phố Bên Đồi (Công ty TNHH Nghệ thuật Số Bảy) ra mắt Dự án âm nhạc Phố Bên Đồi (Phố Bên Đồi Music Project) và khai mạc chương trình biểu diễn âm nhạc cộng đồng. Đây là hoạt động thực hiện các cam kết quốc tế khi Đà Lạt (cũ) khi gia nhập Mạng lưới Thành phố Sáng tạo UNESCO (UCCN) ở lĩnh vực Âm nhạc vào năm 2023.
Thủ tướng Phạm Minh Chính: Xem xét cả 3 phương thức công tư với Dự án đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc – Nam
Thủ tướng Phạm Minh Chính: Xem xét cả 3 phương thức công tư với Dự án đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc – Nam
(Ngày Nay) - Chiều 31/1, tại Trụ sở Chính phủ, Thủ tướng Phạm Minh Chính, Trưởng ban Chỉ đạo các công trình trọng điểm, dự án quan trọng quốc gia lĩnh vực đường sắt chủ trì phiên họp thứ 6 của Ban Chỉ đạo; trực tuyến với 18 tỉnh, thành phố có các dự án đường sắt đi qua.
Cận cảnh phòng học “5 sao” tại trường liên cấp chuẩn quốc tế đầu tiên vùng biên giới Điện Biên
Cận cảnh phòng học “5 sao” tại trường liên cấp chuẩn quốc tế đầu tiên vùng biên giới Điện Biên
(Ngày Nay) - Bên cạnh các môn văn hóa cơ bản, học sinh vùng biên giới Si Pa Phìn (Điện Biên) sẽ được tiếp cận chương trình giáo dục toàn diện Đức – Trí – Thể – Mỹ…tại ngôi trường khang trang chuẩn 5 sao khánh thành ngày 31/1/2026. Ngôi trường được xây dựng thần tốc trong hơn 5 tháng bởi liên danh Tập đoàn Sun Group và Công ty Thương mại và Xây dựng số 6.
Ảnh minh hoạ.
TP HCM: Rà soát dữ liệu học sinh phục vụ tuyển sinh đầu cấp trực tuyến
(Ngày Nay) - Triển khai công tác tuyển sinh các lớp đầu cấp theo hình thức trực tuyến tại Thành phố Hồ Chí Minh, từ ngày 3/2-3/3, phụ huynh có con chuẩn bị vào lớp 1 và lớp 6 truy cập hệ thống tuyển sinh đầu cấp tại địa chỉ https://tuyensinhdaucap.hcm.edu.vn để kiểm tra và xác nhận thông tin học sinh.
Tổng Bí thư Tô Lâm trao Quyết định của Bộ Chính trị cho các đồng chí Lê Minh Trí (bên trái) và Đoàn Minh Huấn (bên phải). Ảnh: Thống Nhất/TTXVN.
Bộ Chính trị quyết định phân công, bổ nhiệm cán bộ
(Ngày Nay) - Tổng Bí thư Tô Lâm trao Quyết định của Bộ Chính trị phân công, bổ nhiệm ông Lê Minh Trí giữ chức Trưởng Ban Nội chính Trung ương và ông Đoàn Minh Huấn giữ chức Giám đốc Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh.
Học sinh TP Hồ Chí Minh trong một buổi tư vấn hướng nghiệp.
Chuyển đổi giáo dục nghề nghiệp đáp ứng nhu cầu nhân lực TP HCM
(Ngày Nay) - TP Hồ Chí Minh đặt mục tiêu đến cuối năm 2026 nâng tỷ lệ lao động trình độ cao đẳng, đại học và tăng mạnh người học các ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết phải tái cấu trúc hệ thống giáo dục nghề nghiệp, gắn đào tạo với chuyển đổi số, kinh tế tri thức và nhu cầu thực tế của thị trường lao động.
Apple sẽ ưu tiên ra mắt các mẫu iPhone cao cấp trong năm 2026
Apple sẽ ưu tiên ra mắt các mẫu iPhone cao cấp trong năm 2026
(Ngày Nay) - Theo Nikkei Asia, Apple đang ưu tiên sản xuất và xuất xưởng 3 mẫu iPhone cao cấp nhất trong dòng iPhone mới năm 2026, đồng thời trì hoãn việc xuất xưởng mẫu tiêu chuẩn, trong bối cảnh hãng điều chỉnh chiến lược tiếp thị và đối mặt với những khó khăn trong chuỗi cung ứng.