Hấp thụ ánh nắng mặt trời: Quang hợp nhân tạo hứa hẹn một nguồn năng lượng sạch, bền vững
Quá trình quang hợp nhân tạo được sử dụng để khai thác hydro từ nước có thể mở ra một biên giới hoàn toàn mới về năng lượng sạch.
.jpg)
Con người có thể làm rất nhiều điều mà thực vật không thể làm được. Chúng ta có thể đi bộ xung quanh, chúng ta có thể nói chuyện, chúng ta có thể nghe và nhìn và chạm vào. Nhưng thực vật có một lợi thế lớn hơn con người: Chúng có thể tạo ra năng lượng trực tiếp từ mặt trời.
Quá trình biến ánh sáng mặt trời trực tiếp thành năng lượng có thể sử dụng - được gọi là quang hợp - có thể sớm là một kỳ tích mà con người có thể bắt chước để khai thác năng lượng của mặt trời để tạo ra nhiên liệu sạch, lưu trữ và hiệu quả. Nếu vậy, nó có thể mở ra một biên giới hoàn toàn mới về năng lượng sạch. Đủ năng lượng chiếu xuống trái đất dưới dạng ánh sáng mặt trời trong một giờ để đáp ứng tất cả nhu cầu năng lượng của nền văn minh nhân loại trong cả năm.
Yulia Pushkar, nhà lý sinh và giáo sư vật lý tại Đại học Khoa học Purdue, có thể có cách để khai thác năng lượng đó bằng cách bắt chước thực vật.
Năng lượng gió và năng lượng mặt trời, được khai thác bởi các tế bào quang điện, là hai dạng năng lượng sạch chính hiện có. Việc bổ sung thêm lần thứ ba - quang tổng hợp - sẽ thay đổi đáng kể cảnh quan năng lượng tái tạo. Khả năng lưu trữ năng lượng dễ dàng, không cần pin cồng kềnh, sẽ cải thiện đáng kể khả năng cung cấp năng lượng cho xã hội một cách sạch sẽ và hiệu quả của con người.
Cả tuabin gió và quang điện đều có nhược điểm về tác động môi trường và các yếu tố phức tạp. Pushkar hy vọng rằng quá trình quang hợp nhân tạo có thể vượt qua những cạm bẫy đó.
Quang hợp là một vũ điệu phức tạp của các quá trình, nhờ đó thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời và các phân tử nước thành năng lượng có thể sử dụng ở dạng glucose. Để làm điều này, họ sử dụng một sắc tố, thường là chất diệp lục nổi tiếng, cũng như protein, enzym và kim loại.
Quá trình gần nhất với quá trình quang hợp nhân tạo mà con người có ngày nay là công nghệ quang điện, trong đó pin mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Quá trình đó nổi tiếng là không hiệu quả, chỉ có thể thu được khoảng 20% năng lượng của mặt trời. Mặt khác, quang hợp hiệu quả hơn một cách triệt để; nó có khả năng lưu trữ 60% năng lượng mặt trời dưới dạng năng lượng hóa học trong các phân tử sinh học liên kết.
Hiệu suất của các tế bào quang điện đơn giản - tấm pin mặt trời - bị giới hạn bởi khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng của chất bán dẫn và khả năng sản xuất điện của tế bào. Giới hạn đó là điều mà các nhà khoa học có thể vượt qua với quá trình quang hợp tổng hợp.
Nhóm nghiên cứu bắt chước quá trình này bằng cách xây dựng một chất tương tự lá nhân tạo thu thập ánh sáng và phân tách các phân tử nước để tạo ra hydro. Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu thông qua pin nhiên liệu hoặc được thêm vào các nhiên liệu khác như khí đốt tự nhiên hoặc được tích hợp vào pin nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ xe cộ, nhà ở đến các thiết bị điện tử nhỏ, phòng thí nghiệm và bệnh viện. Khám phá gần đây nhất đã đưa ra một cái nhìn sâu sắc về cách các phân tử nước tách ra trong quá trình quang hợp. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Chem Catallysis: Cell Press.
ctngoc