Phát minh ra lá nhân tạo biến nước thành xăng

Các nhà nghiên cứu cho biết, hệ thống mang tính cách mạng này sẽ tạo ra nhiên liệu mà độ phát khí thải ròng hoàn toàn bằng 0, có thể đốt cháy mà không tạo ra lượng khí carbon dioxide có nguồn gốc từ hóa thạch.

Dự án tại trường Đại học Cambridge tập trung vào việc phát triển một chiếc lá nhân tạo nổi trên mặt nước và đặc biệt là có thể biến ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide thành nhiên liệu tổng hợp. Nhóm tin rằng một ngày nào đó những thiết bị mỏng, dễ di chuyển này có thể được khai thác ở quy mô công nghiệp.

Giáo sư về năng lượng và bền vững môi trường tại Đại học Cambridge, Erwin Reisner cho biết: “Các tấm pin mặt trời đã làm rất tốt việc tạo ra điện và đang đóng góp to lớn để thế giới đạt được khát vọng không có điện ô nhiễm. Nhưng việc sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra nhiên liệu không có nguồn gốc hóa thạch mà có thể đốt cháy cho động cơ ô tô hoặc tàu thuyền còn tiến xa hơn nữa”.

Reisner và các đồng nghiệp dự tính khai thác công nghệ để tạo ra những “tấm lá” nhân tạo nổi trên mặt hồ và cửa sông, đồng thời sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi nước và carbon dioxide thành các hỗn hợp giống xăng và nhiên liệu khác.

Reisner nói: “Điểm quan trọng là chúng ta sẽ không còn đốt các nguồn carbon có trong lòng đất như than, dầu, khí đốt… và thải thêm khí nhà kính vào khí quyển nữa, một quá trình hiện đang gây ra rất nhiều thiệt hại”.

Lá nhân tạo lấy cảm hứng từ thực vật, sử dụng quá trình quang hợp để tạo ra nguồn dinh dưỡng. Mẫu lá nguyên bản trong dự án chứa các chất hóa học hấp thụ ánh sáng và chất xúc tác biến carbon dioxide và nước thành hỗn hợp carbon monoxide và hydro (CO2+H20 => H2 + 2CO, một quá trình không thể xảy ra tự nhiên nếu thiếu chất chất xúc tác và năng lượng). Thành phẩm của sự kết hợp này trong công nghiệp được gọi là khí tổng hợp và nó là chất trung gian trong sản xuất nhiều hóa chất và nhiên liệu.

Đó là bước quan trọng đầu tiên. Nhưng thiết bị này còn gồm các phần kính cồng kềnh và lớp phủ bảo vệ. Do đó, cần có những cải tiến và đã được thực hiện bằng cách khai thác các màng mỏng oxit kim loại và vật liệu (gọi là perovskites) để tạo ra thiết bị được phủ lớp chống thấm nước, rất mỏng với độ dày cỡ micromet. Kết quả là tạo ra một thiết bị hiệu quả cao nhưng không cồng kềnh, dày 1mm và bao phủ diện tích 100cm², trông giống một chiếc lá.

Lá nhân tạo nổi trên mặt nước và tạo ra hydro, carbon monoxide. Reisner cho biết: “Điều quan trọng là chúng tôi sử dụng ánh sáng mặt trời để cung cấp năng lượng cho quá trình biến đổi hóa học này. Và các hóa chất mà chúng tôi tạo ra theo cách này đã được sử dụng để sản xuất nguyên liệu thô, mặc dù nhiên liệu như dầu diesel hoặc xăng mới là thứ mà chúng tôi thực sự muốn hướng tới. Mục tiêu cuối cùng chính là tạo ra xăng dầu xanh thân thiện môi trường cho thị trường hàng không”.

Nhiên liệu cho tàu thuyền lại là một mục tiêu khác, dễ thực hiện hơn do nhiên liệu dùng cho tàu không đòi hỏi khắt khe như nhiên liệu cho máy bay. Khoảng 80% thương mại toàn cầu được vận chuyển bằng các tàu chở hàng chạy bằng nhiên liệu hóa thạch và lượng khí thải của chúng chiếm hơn 3% tổng sản lượng carbon dioxide công nghiệp toàn thế giới. Việc thay thế nhiên liệu cho tàu bè trên thế giới bằng một giải pháp thay thế xanh hiệu quả sẽ đóng vai trò lớn trong việc chống lại tình trạng nóng lên toàn cầu.

Ngoài ra, một điều phải nhắc đến là ưu điểm quan trọng của công nghệ này là không tốn mặt bằng. Do nổi trên mặt nước nên nó không chiếm nhiều diện tích đất cần thiết cho trồng cây, gây rừng. Vì thế, Reisner khẳng định: “Tạo năng lượng sạch và việc sử dụng đất sẽ không cạnh tranh với nhau”.

Các trang trại nổi trên mặt nước tổng hợp nhiên liệu từ năng lượng mặt trời cũng có thể khai thác nước trong các hồ chứa công nghiệp, đồng thời cung cấp nước sạch cho các khu định cư và hải đảo. Với khả năng vừa tạo năng lượng, lại vừa giúp lọc nước thì công nghệ này đúng là nhất cử lưỡng tiện. Reisner nói: “Bạn có thể cuộn những thiết bị này lại và đặt chúng ở hầu hết mọi nơi bạn muốn. Chúng cực kỳ gọn nhẹ”.

Nhóm hiện đã thành lập một công ty khởi nghiệp để thương mại hóa những phát minh này.

Reisner cho biết: “Ở góc độ khoa học, chúng tôi đã đưa hệ thống này đi xa nhất có thể và giờ là lúc các kỹ sư phải mở rộng quy mô để chúng có thể được sử dụng trên bình diện đủ lớn để có tác động đến lượng khí thải carbon”, đồng thời ông kêu gọi: “Chúng ta cần đưa hóa chất quang hợp năng lượng mặt trời từ phòng thí nghiệm ra ngoài đời sống và phát triển nó lên quy mô công nghiệp. Tất nhiên, điều đó sẽ cần đầu tư hàng triệu bảng Anh”.