Sử dụng vi khuẩn lam cùng điện để biến carbon dioxide thành nhiên liệu

Trong bài báo được xuất bản trên tạp chí Energy & Environmental Science, nhóm mô tả kỹ thuật của họ và khả năng sử dụng nó như một hệ thống lưu trữ năng lượng.

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra, quang hợp tự nhiên là một phương pháp không hiệu quả để chuyển đổi carbon dioxide thành các hợp chất hữu ích cho mục đích của con người. Trong nỗ lực mới này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để lưu trữ năng lượng.

Các nhà khoa học đã chia quá trình quang hợp tự nhiên thành hai hệ thống chính, hệ thống quang hợp I và hệ thống quang hợp II. Hệ thống quang ảnh I liên quan đến việc sử dụng ánh sáng để cho phép chuyển các điện tử qua màng. Với hệ thống quang II, các enzim bắt các photon để lần lượt cung cấp năng lượng cho các electron. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng hệ thống này có ba điểm kém hiệu quả chính. Đầu tiên là hệ thống quang học có phổ hấp thụ chồng lên nhau. Thứ hai là oxy được tạo ra bởi hệ thống quang II phải cạnh tranh với carbon dioxide cho enzym cố định con đường carbon. Và cuối cùng, quang hợp tự nhiên chỉ có thể sử dụng ánh sáng trong một phần hạn chế của quang phổ mặt trời.

Để khắc phục tình trạng kém hiệu quả này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo vi khuẩn lam (một loại vi khuẩn thu năng lượng thông qua quang hợp, hay còn gọi là tảo xanh lam) theo cách cho phép chúng sử dụng ánh sáng mặt trời và dòng electron để thúc đẩy quá trình cố định carbon dioxide. Cụ thể hơn, họ đã loại bỏ toàn bộ hệ thống quang điện II và thay thế bằng một hệ thống nhân tạo hoạt động bằng cách gắn các tế bào đã sửa đổi vào một mạch điện. Họ phát hiện ra rằng khi các tế bào tiếp xúc với ánh sáng, vi khuẩn lam có thể cung cấp các điện tử đến hệ thống quang I, hệ thống này cho phép chuyển đổi carbon dioxide thành các nhiên liệu hữu ích như ethylene hoặc acetate.

Các nhà khoa học lưu ý rằng nếu một nguồn tài nguyên tái tạo được sử dụng làm nguồn điện, hệ thống có thể được sử dụng như một phương tiện lưu trữ năng lượng. Và, khí nhà kính carbon dioxide có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu xanh hơn. Tuy nhiên, cần  nghiên cứu sâu hơn để tìm hiểu thêm độ hiệu quả của hệ thống này.