Những chiếc lá nhân tạo độc đáo

Cập nhật, 05:38, Chủ Nhật, 06/10/2019 (GMT+7)

“Lá nhân tạo” là một thiết bị có thể khai thác ánh nắng mặt trời để phân tách nước thành hydro và oxy mà không cần bất kỳ kết nối bên ngoài. Nó còn có khả năng chuyển đổi năng lượng của ánh sáng mặt trời trực tiếp thành dạng hóa chất có thể lưu trữ được.

Lá nhân tạo phân tách H2O dưới ánh nắng mặt trời.
Lá nhân tạo phân tách H2O dưới ánh nắng mặt trời.

Lá nhân tạo tách hydro và oxy

Các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi GS. Daniel Nocera (MIT) đã tạo ra một tế bào năng lượng mặt trời còn được gọi “lá nhân tạo”: Giống hệt như lá cây, thiết bị này có thể phân tách phân tử H2O dưới tác dụng trực tiếp của ánh nắng mặt trời thành nhiên liệu hóa học (hydro và oxy) có thể được lưu trữ và sử dụng sau này như là một nguồn năng lượng.

“Lá nhân tạo” là một tế bào năng lượng mặt trời bằng silic được tích hợp với các vật liệu xúc tác khác nhau ở 2 mặt bên, mà không cần dây dẫn bên ngoài hoặc các mạch điều khiển để hoạt động.

Đơn giản chỉ cần đặt “lá nhân tạo” trong một thùng chứa nước thông thường (H2O) và cho tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, nó nhanh chóng tạo ra dòng bong bóng bọt khí oxy từ một phía và bong bóng khí hydro từ phía khác.

Nếu đặt trong một thùng chứa một rào cản ngăn thành 2 bên riêng biệt, 2 dòng bong bóng khí này có thể được thu thập và lưu trữ, và có thể được sử dụng sau này để cung cấp năng lượng: chẳng hạn như đưa chúng vào pin nhiên liệu kết hợp chúng một lần nữa thành nước (H2O) trong khi cung cấp một dòng điện.

Nghiên cứu này được thực hiện bởi GS. Daniel G. Nocera (chuyên nghiên cứu về chuyển đổi năng lượng sinh học và hóa học) tại MIT cùng nhóm nhà nghiên cứu đến từ Công ty Sun Catalytix và MIT.

Nocera giải thích, thiết bị này được làm hoàn toàn những vật liệu rẻ tiền, có sẵn, chủ yếu là silic, coban và niken và vận hành trong nước (H2O) thông thường.

So với những nỗ lực khác nhằm chế tạo ra các thiết bị có thể sử dụng ánh nắng mặt trời để phân tách nước (thành hydro và oxy) dựa vào các giải pháp có tính ăn mòn hoặc trên các vật liệu tương đối hiếm và đắt tiền, chẳng hạn như bạch kim.

“Lá nhân tạo” một tấm bán dẫn silic mỏng- cấu tạo chủ yếu từ các tế bào năng lượng mặt trời nhằm biến năng lượng của ánh sáng mặt trời thành một dòng điện không dây trong tấm bán dẫn silic mỏng.

Mặt bên này của tấm bán dẫn silic được bao phủ một lớp cô-ban, đóng vai trò là chất xúc tác có tác dụng giải phóng oxy từ các phân tử nước, đây là một loại vật liệu có tiềm năng để tạo ra nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời được phát hiện bởi Nocera và các đồng tác giả trong năm 2008.

Mặt bên kia của tấm silic được bao phủ một lớp hợp kim niken-molypđen-kẽm, có tác dụng giải phóng hydro từ các phân tử nước.

Lá nhân tạo biến ánh sáng mặt trời thành thuốc

Mặt trời là nguồn năng lượng khổng lồ và gần như vô tận mà hiện nay chúng ta mới chỉ bắt đầu khai thác, trong khi các loài cây đã là những “chuyên gia” khai thác nguồn năng lượng miễn phí này từ khi chúng xuất hiện trên Trái đất.

Điều đó đã truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu ở Trường ĐH Công nghệ Einhoven (Hà Lan) tạo ra một loại lá cây nhân tạo đầy hứa hẹn. Cũng giống như một chiếc lá thật, chiếc lá nhân tạo này hấp thụ ánh sáng mặt trời và tạo ra một thứ hoàn toàn mới, đó là thuốc dành cho con người.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành dự án này được một thời gian và giới thiệu mẫu vật đầu tiên vào năm 2016. Đến nay, công nghệ đã tiến bộ hơn nhiều và các nhà nghiên cứu cho biết chiếc lá nhân tạo có màu sắc đẹp mắt này có thể sử dụng để tạo ra gần như bất kỳ loại thuốc nào.

Tận dụng những thành tố có sẵn trong tự nhiên, những chiếc lá nhỏ xíu này vận dụng những kênh phức tạp có đường dẫn giống như mao mạch trong các chiếc lá thật.

Ánh sáng mặt trời chiếu vào những dòng dung dịch chảy trong lá nhân tạo sẽ tạo thành những phản ứng hóa học. Thông thường quá trình này cần phải sử dụng năng lượng điện, hóa chất thô hoặc cả 2 thứ nhưng ánh sáng mặt trời được sử dụng làm năng lượng để sản xuất thuốc.

Các nhà khoa học cho rằng những hệ thống như vậy sẽ được sử dụng ở những nơi khan hiếm thuốc và không có đủ điều kiện sản xuất thuốc. Sản xuất thuốc chữa bệnh sốt rét trong rừng, nơi không có điện lưới sẽ trở nên dễ dàng hơn nhiều nhờ những tiến bộ khoa học này.

Ông Timothy Noel- trưởng nhóm nghiên cứu- cho biết hoàn toàn có thể nhân rộng những chiếc lá nhân tạo, bất cứ nơi nào có Mặt trời là chúng hoạt động được.

Việc nhân rộng rất dễ dàng và do tính chất tự cung cấp năng lượng và giá thành không hề đắt, chúng rất phù hợp để dùng trong quá trình sản xuất hóa chất cần tiết kiệm chi phí.

ĐÔNG PHƯƠNG (tổng hợp)