‘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.

Phát hiện mây băng trên hành tinh khổng lồ ngoài hệ Mặt Trời
Phát hiện mây băng trên hành tinh khổng lồ ngoài hệ Mặt Trời
(Ngày Nay) - Các nhà thiên văn học vừa phát hiện những đám mây băng nước đầy bất ngờ trên một ngoại hành tinh khí khổng lồ cách xa Trái Đất. Khám phá này được thực hiện nhờ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), làm thay đổi những hiểu biết hiện tại về bầu khí quyển của các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời và đánh dấu một bước tiến quan trọng trong hành trình tìm kiếm sự sống trong vũ trụ.
Khởi đầu dự án “Thư viện Người - Người Nam Bộ kể chuyện”
Khởi đầu dự án “Thư viện Người - Người Nam Bộ kể chuyện”
(Ngày Nay) - Trong khuôn khổ Ngày Sách và Văn hóa đọc Việt Nam 2026 - lần V, được Sở Văn hóa và Thể thao TPHCM chủ trì, phát xuất từ ý tưởng của Quỹ Hoa Sen, dự án “Thư viện Người - Người Nam Bộ kể chuyện” đã chính thức ra mắt tại Đường Sách TPHCM vào ngày 22/4, gặp gỡ Cécile Ngọc Sương Perdu với câu chuyện “Đi tuốt luốt bên Tây rồi dìa miền Tây bày trò Lộn Xộn”
Giải thưởng Gian hàng có quy mô lớn nhất tại VITM 2026
Malaysia giành ba giải thưởng danh giá tại Hội chợ Du lịch Quốc tế Việt Nam 2026
(Ngày Nay) - Malaysia đã ghi dấu ấn quan trọng tại Hội chợ Du lịch Quốc tế Việt Nam (VITM) 2026, tiếp tục khẳng định vị thế là điểm đến du lịch được ưa chuộng trong khu vực ASEAN. Năm nay đánh dấu kỳ tổ chức thứ 15 của VITM và cũng là lần thứ 10 Tourism Malaysia tham gia sự kiện, cho thấy cam kết mạnh mẽ trong việc thúc đẩy hợp tác du lịch và tăng cường kết nối với thị trường Việt Nam.