Quy trình này được lấy cảm hứng từ quang hợp, trong đó thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời, CO2 và nước để tạo ra năng lượng. Nhóm nghiên cứu cho biết phương pháp này có thể góp phần tạo ra nguồn nhiên liệu bền vững.
Nhóm nghiên cứu đến từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông cho biết họ đã phát triển một vật liệu có khả năng lưu trữ một lượng nhỏ năng lượng điện nhằm thúc đẩy các phản ứng hóa học một cách hiệu quả.
Khi kết hợp với các chất xúc tác có khả năng chuyển đổi CO2 thành nhiều loại hóa chất khác nhau, vật liệu này cho phép sản xuất carbon monoxide (CO) bằng năng lượng mặt trời. CO sau đó có thể được chuyển đổi tiếp thành nhiên liệu. Đây có thể là một giải pháp thay thế cho các lĩnh vực khó điện khí hóa như hàng không và vận tải biển.
Theo nhóm nghiên cứu, quá trình chuyển đổi CO2 thông qua kích hoạt bằng ánh sáng được xem như một phương thức tiềm năng nhằm giảm phát thải khí nhà kính và giảm áp lực về tài nguyên.
Một ứng dụng tiềm năng là sản xuất nhiên liệu mặt trời, tức nhiên liệu tổng hợp được tạo ra bằng năng lượng mặt trời và có thể mô phỏng đặc tính của nhiên liệu hóa thạch. Nhờ đó, chúng có thể tương thích với hạ tầng hiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Quy trình này có thể được thực hiện thông qua việc chuyển đổi CO2 thành các hóa chất khác như CO, sau đó được xử lý thành hydrocarbon lỏng để sản xuất nhiên liệu.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng gần như vô tận. Tuy nhiên, thách thức đối với các nhà khoa học là làm thế nào để chuyển đổi nguồn năng lượng này thành nhiên liệu với hiệu suất cao.
Nhóm nghiên cứu Trung Quốc cho biết các hệ thống trước đây dùng để chuyển đổi CO2 phụ thuộc vào các chất xúc tác hữu cơ. Các chất này đã cải thiện hiệu suất quang xúc tác trong những thập kỷ gần đây.
Tuy nhiên, các chất này bị tiêu hao vĩnh viễn trong quá trình phản ứng. Điều này làm giảm tính bền vững và làm tăng chi phí.
Việc sử dụng nước thay cho các chất xúc tác được xem là phương án lý tưởng. Tuy nhiên, cách này đòi hỏi phải liên kết nhiều phản ứng hóa học phức tạp như oxy hóa nước và khử CO2.
Trong tự nhiên, quá trình quang hợp diễn ra rất hiệu quả nhờ một phân tử cho phép lưu trữ tạm thời các electron được tạo ra từ ánh sáng để hỗ trợ truyền năng lượng.
“Lấy cảm hứng từ chiến lược tự nhiên này, chúng tôi xem xét việc đưa một cơ chế lưu trữ điện tích tương tự vào hệ thống quang hợp nhân tạo”, các nhà nghiên cứu cho biết.
Để mô phỏng quá trình đó, nhóm đã thiết kế một vật liệu tungsten trioxide được biến tính bằng bạc. Vật liệu này cho phép lưu trữ electron trong quá trình tiếp xúc với ánh sáng và giải phóng chúng khi cần thiết.
Nhóm cho biết vật liệu này đạt hiệu suất tương đương với các hệ thống sử dụng chất xúc tác hữu cơ và có “tính ứng dụng phổ quát” khi kết hợp với nhiều loại chất xúc tác khác nhau.
Họ cũng thử nghiệm dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên và nhận thấy phản ứng có thể được kích hoạt bằng ánh sáng tự nhiên. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu mặt trời.
“Chiến lược này không chỉ loại bỏ nhu cầu sử dụng các chất xúc tác không bền vững mà còn cung cấp một nguyên lý thiết kế linh hoạt và vững chắc để xây dựng các hệ thống quang xúc tác độc lập, hiệu quả, có thể áp dụng trong các lĩnh vực như sản xuất nhiên liệu mặt trời”, nhóm nghiên cứu cho biết.
Khánh Linh
Theo SCMP
