Ảnh: TL
Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Metropolitan Osaka (Nhật Bản) vừa công bố một bước tiến mới trong lĩnh vực quang hợp nhân tạo khi phát triển thành công thiết bị có khả năng tự tối ưu hóa quá trình sản xuất nhiên liệu mặt trời mà không cần sử dụng hệ thống điều khiển bằng pin.
Công nghệ này được thiết kế dựa trên nguyên lý tương tự quá trình quang hợp của thực vật, trong đó ánh sáng mặt trời được sử dụng để chuyển đổi nước và khí carbon dioxide (CO₂) thành các hợp chất giàu năng lượng. Sản phẩm cuối cùng thu được là axit formic - một hợp chất có thể lưu trữ năng lượng, đồng thời được sử dụng như nhiên liệu sạch hoặc nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp.
Điểm nổi bật của hệ thống nằm ở thiết bị điện phân, nơi chuyển đổi điện năng từ pin mặt trời thành năng lượng hóa học. Nhờ đó, năng lượng mặt trời có thể được lưu giữ dưới dạng axit formic để sử dụng khi cần thiết.
Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ mới giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào các bộ điều khiển điện tử phức tạp, đồng thời duy trì hiệu quả sản xuất nhiên liệu ngay cả trong điều kiện ánh sáng mặt trời thay đổi liên tục.
Hiện nay, nhiều hệ thống quang hợp nhân tạo trên thế giới sử dụng công nghệ theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của pin mặt trời. Tuy nhiên, phương pháp này thường đòi hỏi thêm pin hoặc phần cứng điều khiển chuyên dụng, khiến chi phí và độ phức tạp của hệ thống gia tăng.
Để giải quyết hạn chế đó, nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Yasuo Matsubara và Giáo sư Yutaka Amao dẫn dắt, phối hợp với Tập đoàn Iida Holdings, đã phát triển một bộ điện phân rắn có khả năng tự thực hiện chức năng MPPT.
Khác với các hệ thống truyền thống, thiết bị mới tận dụng đặc tính của chất điện phân rắn để tự điều chỉnh theo điều kiện môi trường. Khi cường độ ánh sáng mặt trời tăng lên, nhiệt độ của bộ điện phân cũng tăng theo, làm giảm điện trở bên trong và cho phép dòng điện lưu thông hiệu quả hơn. Cơ chế này giúp hệ thống tự động duy trì hiệu suất tối ưu mà không cần bất kỳ bộ điều khiển bên ngoài nào.
Giáo sư Yutaka Amao cho biết công nghệ này có khả năng phản ứng linh hoạt với những biến động của ánh sáng mặt trời, qua đó bảo đảm quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra ổn định và hiệu quả hơn.
Trong các thử nghiệm thực tế, nguyên mẫu thiết bị đã liên tục chuyển hóa nước và CO₂ thành axit formic dưới điều kiện ánh sáng tự nhiên, đồng thời duy trì hiệu suất ổn định khi cường độ bức xạ mặt trời thay đổi.
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy lượng axit formic tạo ra đủ để cung cấp năng lượng cho một mô hình thiết bị thu nhỏ. Đây được xem là minh chứng cho tiềm năng ứng dụng của công nghệ trong việc sản xuất và lưu trữ năng lượng sạch phục vụ nhu cầu sinh hoạt gia đình trong tương lai.
Các nhà khoa học nhận định bước đột phá này có thể góp phần thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống năng lượng tái tạo thế hệ mới, giúp khai thác hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời đồng thời tận dụng CO₂ để tạo ra nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường.
Bình luận
0