Tìm ra phương thức quang hợp nhân tạo hiệu quả chưa từng thấy

Các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp nhân tạo có thể biến CO₂ và nước thành nhiên liệu giàu năng lượng như methane và ethanol.

Một phương pháp quang hợp nhân tạo mới vừa được tìm ra có thể giúp con người tiến gần hơn đến việc sử dụng cơ chế hoạt động của thực vật để tạo ra nhiên liệu.

Hệ thống quang hợp nhân tạo mới được đánh giá hiệu quả gấp 10 lần so với các phương pháp quang hợp tổng hợp trước đây.

Các nhà nghiên cứu đánh giá hệ thống quang hợp nhân tạo mới hiệu quả gấp 10 lần so với các phương pháp quang hợp tổng hợp trước đây. (Nguồn: Getty Images).

Trong khi quá trình quang hợp tự nhiên cho phép thực vật biến carbon dioxide (CO₂) và nước thành carbohydrate thông qua việc sử dụng năng lượng Mặt Trời, thì phương pháp nhân tạo có thể biến CO₂ và nước thành nhiên liệu giàu năng lượng như methane và ethanol.

Phương pháp này có thể cung cấp một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đang thịnh hành hiện nay.

"Thách thức lớn nhất mà nhiều người không nhận ra là ngay cả thiên nhiên cũng không có giải pháp nào cho số lượng (khổng lồ) năng lượng chúng ta đang sử dụng", nhà hóa học Wenbin Lin của Đại học Chicago, một trong những tác giả của nghiên cứu mới, cho biết.

Quá trình quang hợp tự nhiên chỉ đủ để thực vật tự nuôi sống bản thân. Nó không thể cung cấp nhiên liệu cho các ngôi nhà, các thành phố và đất nước của con người.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã tìm cách vay mượn cơ chế quang hợp của cây xanh để tạo ra các hóa chất mà họ mong muốn sở hữu. Nhưng điều chỉnh hoạt động quang hợp để phục vụ nhu cầu của con người là chuyện không dễ dàng.

Quá trình này rất phức tạp, bao gồm hai bước chính:

Thứ nhất là phá vỡ nước và CO₂.
Thứ hai là kết nối các nguyên tử lại thành carbohydrate.

Lin và nhóm của ông đã tìm cách tạo ra một hệ thống quang hợp có thể sản xuất khí methane, hay CH₄.

Mặc dù việc đốt cháy khí methane dẫn đến phát thải khí nhà kính, nhưng các nhà nghiên cứu cũng đang nghiên cứu cách thức sử dụng quang hợp nhân tạo để tạo ra nhiên liệu hydro. Đây là loại nhiên liệu chỉ thải ra hơi nước khi cháy.

Để làm được điều này, nhóm bắt đầu với việc chế tạo một khung kim loại hữu cơ một mạng lưới gồm các nguyên tử kim loại tích điện được liên kết bởi các phân tử hữu cơ (các phân tử hữu cơ này có chứa carbon).

Họ nhấn chìm các lớp khung hữu cơ kim loại này trong dung dịch coban, một nguyên tố có khả năng thu nhận rất tốt electron và di chuyển chúng trong các phản ứng hóa học.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã làm một việc chưa từng được thử nghiệm trước đây. Họ đã thêm axit amin vào hỗn hợp. Các axit amin này đã tăng hiệu quả ở cả hai phía của phản ứng, phá vỡ CO₂, nước và tái tạo chúng thành khí methane.

Nhóm nghiên cứu đã báo cáo công trình của họ trên tạp chí Nature Catalysis vào ngày 10/11.

Tuy nghiên cứu mới chưa đạt đủ độ hiệu quả để tạo ra đủ khí methane phục vụ nhu cầu sử dụng nhiên liệu của nhân loại nhưng nó đã mở ra một hướng mới để chúng ta giải quyết bài toán năng lượng trong tương lai.

Cập nhật: 19/11/2022 Vietnam+