Nhiên liệu cho xe từ quang hợp nhân tạo

Cây cối có ích cho thế giới với khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành một dạng năng lượng có thể sử dụng được. Giờ đây, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đang chi 122 triệu USD nhằm thu giữ quang năng và tạo ra nhiên liệu tái tạo dạng lỏng thông qua quá trình "quang hợp nhân tạo."

Theo tuyên bố của Bộ Năng lượng, Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley và Viện Công nghệ California ở thành phố Pasadena đã được lựa chọn để lãnh đạo dự án nghiên cứu đầy tham vọng này. Mục đích của dự án là làm chủ các công nghệ khoa học cơ bản liên quan, và phát triển các ứng dụng có thể mở rộng để sử dụng thương mại.

"Cho đến nay Mặt trời vẫn là nguồn năng lượng lớn nhất sẵn có đối với con người, nhưng chúng ta buộc phải tìm một cách ít tốn kém để thu, chuyển đổi và lưu trữ năng lượng này nếu muốn xây dựng một hệ thống năng lượng sạch hoàn toàn", ông Nathan Lewis, một nhà hóa học thuộc Viện Công nghệ California đồng thời là giám đốc Quỹ hợp tác nghiên cứu năng lượng mặt trời có tên gọi Trung tâm Quang hợp nhân tạo nói.

Các nhà khoa học thừa nhận họ gặp phải những thách thức lớn trong việc tạo ra các thiết bị bé nhỏ có thể bắt chước các hoạt động bên trong kính hiển vi của các quá trình tự nhiên phức tạp hơn nhiều – đó là quang hợp. Cây cối có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời, nước và khí CO2, và nhờ sự sáng tạo tuyệt vời của tự nhiên, sản suất ra ôxy và cacbon hyđrat, khởi nguồn cho sự sống trên Trái Đất.

Nhưng thay vì tạo ra một hợp chất cacbon hyđrat đơn giản, quang hợp nhân tạo sẽ được thiết kế để sản xuất ra oxy và nhiên liệu lỏng như các hydrocacbon hoặc rượu có thể bơm trực tiếp vào xe mà không cần thêm bất cứ khâu sàng lọc tốn kém nào.

Đây không phải là một phát hiện mới, nhưng những thành công khiêm tốn như vậy đến nay vẫn bị giới hạn trong phòng thí nghiệm nghiên cứu cơ bản và còn cần nhiều bước nữa để tiến tới các ứng dụng thực tế. Các thử nghiệm đôi khi sử dụng các loại nguyên liệu hiếm và đắt đỏ khiến việc thương mại hóa là không khả thi. Nhưng những tiến bộ trong công nghệ nano, một lĩnh vực mà phòng thí nghiệm Berkeley tỏ ra vượt trội, hứa hẹn làm cho sự phát triển của quang hợp nhân tạo trở nên thực tế hơn.

Ông Paul Alivisatos, giám đốc Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley cho rằng Quang hợp sẽ "xảy ra trên quy mô nano". "Một môi trường mới đã được tạo ra nhờ sự phát triển của tất cả các công nghệ nano."

Với công nghệ nano, các nhà khoa học có thể tạo ra "dây nano" với kích thước chỉ bằng 1/1000 sợi tóc, cùng với các yếu tố như tinh thể nano. Những bộ phận nhỏ này được thiết kế để tái hiện quá trình quang hợp trên quy mô gần hơn với những gì xảy ra bên trong một chiếc lá.

Liệu con người có thể làm chủ quá trình này phức tạp này không? "Điều này hoàn toàn có thể xảy ra", ông Alivisatos nói. "Những vấn đề mà chúng ta đang đối mặt là những kỹ thuật cụ thể có thể giải quyết được."

Trung tâm Quang hợp nhân tạo là một trong ba "Trung tâm Cải tiến Năng lượng" do Bộ Năng lượng Mỹ tài trợ nhằm phát triển các công nghệ đột phá trong sản xuất năng lượng và tính hiệu quả. Vào tháng 5, Bộ Năng lượng đã công bố việc lựa chọn Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge tại bang Tennessee là trung tâm thứ hai để phát triển đột phá về năng lượng hạt nhân. Trung tâm thứ ba vẫn chưa được quyết định sẽ nghiên cứu những đổi mới cho các tòa nhà tiết kiệm năng lượng.

Dự án quang hợp nhân tạo kéo dài 5 năm sẽ nhận được 22 triệu USD trong năm tài chính này cùng 25 triệu USD hàng năm trong bốn năm còn lại và vẫn đang chờ sự chấp thuận của Quốc hội.

Các trung tâm quang hợp nhân tạo "có tiềm năng giúp giảm sự phụ thuộc đầy rủi ro của chúng ta vào nguồn dầu mỏ nước ngoài, tăng cường an ninh quốc gia và tạo việc làm tại California," Thượng nghị sĩ Barbara Boxer đã viết.

Thượng nghị sỹ bang Oakland, Barbara Lee, nói rằng dự án sẽ tạo ra 100 việc làm mới, chưa bao gồm hợp đồng xây dựng và các công việc khác. Dự án có sự tham gia của các nhà khoa học trên toàn tiểu bang, ước tính khoảng 200 người. Các trường đại học khác tham gia vào trung tâm quang hợp nhân tạo bao gồm Phòng thí nghiệm gia tốc Quốc gia SLAC tại Stanford, Trường Berkeley, Santa Barbara, Irvine và San Diego thuộc đại học California.

Ông Alivisatos cho rằng nỗ lực chung của các nhà nghiên cứu toàn bang là cần thiết để dự án có thể thành công. "Tôi nghĩ rằng nó thực sự cần thiết, bởi vì đó là một quá trình rất phức tạp. Đây là một ví dụ cổ điển về một vấn đề cần đến phương pháp tiếp cận nhóm.”

Hồng Nhung (theo contracostatimes.com)