Phát triển thành công lá nhân tạo có thể quang hợp "như thật", vừa loại được CO2 lại vừa tạo ra cả oxy và nhiên liệu

Theo nghiên cứu của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), ngay cả khi mọi quốc gia dừng việc xả thái carbon tức thời, ta cũng không cứu vãn được tình hình hiện tại; Trái Đất vẫn đối mặt với tình hình biến đổi phức tạp và khó lường. Ta cần phải tìm ra cách xử lý lượng CO2 đang tồn tại trong bầu khí quyển.

Đó là lúc ta tìm tới những phương pháp lọc CO2 hiệu quả, một loạt phương pháp mới được nêu ra, trong đó có cách thức loại bỏ carbon này được truyền cảm hứng trực tiếp từ Mẹ Thiên nhiên: một loại “lá nhân tạo” có thể bắt chước được cả năng lọc CO2 như lá cây thật. Đây là kết quả nghiên cứu của đội ngũ nghiên cứu đa quốc gia tới từ Đại học Waterloo.

Đặc biệt hơn, thứ lá nhân tạo này còn biến CO2 thành nhiên liệu, một công đôi việc luôn. Báo cáo khoa học mới được đăng tải trên tạp chí Nature mở ra một khả năng xử lý CO2 mới.

Dẫn dắt đội ngũ nghiên cứu là Yimin A. Wu, công tác tại với Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Nano thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (ANL) và cũng là giáo sư chuyên ngành kỹ thuật trực thuộc Viện Công nghệ Nano Waterloo (WIN). Hai đơn vị khác cùng tham gia nghiên cứu là Đại học Bang California và Đại học Hong Kong.

Trong tự nhiên, thông qua quá trình quang hợp, thực vật chuyển CO2 trong khí quyển thành glucose và oxy. Diệp lục trong lá cây chính là thành phần tối quan trọng trong phản ứng hóa học đặc biệt này. Cây lấy năng lượng từ glucose, và oxy sẽ là phụ phẩm thải lại ra môi trường.

Theo lời giáo sư Wu giải thích, ông và đội ngũ của mình cũng ứng dụng phương cách xử lý CO2 tương tự, quá trình quang hợp của lá nhân tạo cũng tương tự, chỉ khác ở sản phẩm đầu ra.

“Chúng tôi gọi nó là lá nhân tạo bởi nó bắt chước được quá trình quang hợp của lá thật. Một chiếc lá tạo ra glucose và oxy, còn chúng tôi tạo ra methanol và oxy”, ông nói.

Phản ứng hóa học diễn ra trong phòng thí nghiệm.

Ngoài sự kiên nhẫn của đội ngũ các nhà khoa học, cố gắng từ năm 2015 tới nay, một điểm mấu chốt nữa của quá trình quang hợp này là thứ bột màu đỏ đồng ô-xít. Bột đồng ô-xít sinh ra từ phản ứng hóa học, khi glucose, đồng a-xê-tát, natri hydro-xít và natri dodecyl được hòa trong nước và hỗn hợp được đun nóng lên một nhiệt độ nhất định.

Sau khi có được thứ bột trên, các nhà khoa học sẽ đổ nó vào nước; bột sẽ đóng vai trò chất xúc tác khi hỗn hợp nhận thêm CO2 từ môi trường ngoài, và nhận một lượng ánh sáng nhân tạo từ một cỗ máy chiếu sáng chuyên dụng.

Thông qua quá trình quang hợp nhân tạo, phản ứng hóa học sẽ sản sinh oxy, trong khi đó CO2, nước và hỗn hợp bột xúc tác sẽ được chuyển hóa thành methanol. Bởi lẽ nhiệt độ sôi của methanol thấp hơn nước, khi toàn bộ hỗn hợp được đun nóng, các nhà khoa học sẽ thu thập được methanol khi nó bốc hơi trước.

Quá trình xử lý CO2 này tương tự phải một thử nghiệm do các nhà khoa học tại Đại học Cambridge thực hiện cách đây ít lâu; nhóm các nhà khoa học tại Anh cũng có một thiết bị tận dụng quá trình quang hợp để xử lý khí thải. Phụ phẩm sẽ được dùng trong sản xuất nhiên liệu, thuốc, nhựa và phân bón.

Thử nghiệm của các nhà nghiên cứu Cambridge.

Có hai lý do khiến cho quá trình xử lý CO2 này đáng chú ý.

Đầu tiên, việc loại bỏ CO2 khỏi bầu không khí sẽ khiến Trái Đất (và cả chúng ta) dễ thở hơn.

Thứ hai, quá trình trên sản sinh ra cả nhiên liệu. Trước mắt, chúng có thể là thứ thay thế cho nhiên liệu hóa thạch, sử dụng trong giai đoạn chuyển đổi từ xe động cơ đốt sang phương tiện chạy điện.

Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ tìm thêm cách thức tăng sản lượng methanol và thương mại hóa công nghệ mới, ứng dụng nó vào những ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu. Chưa hết, ta có thể áp dụng công nghệ lọc CO2 này vào các nhà máy điện, những nguồn thải CO2 lớn nhưng không thể thiếu trong xã hội hiện đại.

“Tiềm năng của hệ thống mới khiến tôi hứng thú vô cùng, khám phá này có thể thay đổi tất cả”, giáo sư Wu vui mừng nói. “Vấn nạn biến đổi khí hậu đang trở nên cấp bách vô cùng, và cách thức mới của chúng tôi có thể làm giảm lượng CO2 phát tán ra môi trường, mà lại còn tạo ra được một thứ nhiên liệu thay thế mới”.

Tham kháo Universe Today