Trồng cây nano, thu hoạch nhiên liệu hydro
Các cây nano có cấu trúc các nhánh thẳng đứng là bí quyết để thu
nhận mức năng lượng mặt trời tối đa. Kết cấu thẳng đứng sẽ giúp
tiếp nhận và hấp thụ trong khi mặt phẳng ngang chỉ phản xạ ánh
sáng, điều này cũng tương tự các thụ thể ánh sáng trong mắt người.
Trong các bức ảnh chụp trái đất từ vũ trụ, ánh sáng phản xạ nhiều
nhất từ các đại dương hoặc sa mạc trong khi các mảng rừng trong
ảnh tối hơn nhiều.
Nhóm của GS Wang đã bắt chước cấu trúc này trong thiết kế một
dạng chuỗi sợi nano với nhánh 3D, trong đó, họ sử dụng một phản
ứng gọi là “ly giải nước bằng quang - điện - hóa học” để sản xuất
khí hydro.
"Ly giải nước" là thuật ngữ chỉ quá trình tách phân tử nước thành
oxy và hydro làm nhiên liệu. Như vậy, việc tạo ra khí hydro là dựa
năng lượng mặt trời trong khi các công nghệ sản xuất hydro hiện
tại vẫn sử dụng điện năng được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch.
Nói về công trình của mình, nghiên cứu sinh Ke Sun cũng đồng
thời là người phụ trách dự án khẳng định: “So với các nhiên liệu
hóa thạch thông thường, khí hydro được xem là nhiên liệu sạch bởi
nó không tạo ra carbonic. Tuy nhiên, bản thân quá trình tạo ra
hydro lại có hại với môi trường”.
Theo Sun, cấu trúc nhánh thẳng đứng cũng giúp tối ưu hóa sản
lượng khí hydro tạo ra. “Chẳng hạn trong một nồi nước sôi, bọt
nước phải to dần mới thoát lên đến bề mặt, còn trong cấu trúc cây
nano, chúng ta có thể tách chiết các bọt khí hydro rất nhỏ mà
nhanh hơn nhiều. Hơn nữa, với cấu trúc này, chúng tôi đã tăng
diện tích phản ứng hóa học lên gấp 400.000 lần”.
Như vậy, quá trình sản xuất nhiên liệu hydro bằng cấu trúc cây
nano đạt hiệu quả cao hơn nhiều so với phương pháp sử dụng mặt
phẳng thông thường.
Tiếp sau thành công này, nhóm nghiên cứu còn hướng tới một mục
tiêu lớn hơn: quang hợp nhân tạo. Trong quá trình quang hợp, thực
vật hấp thụ ánh sáng mặt trời, đồng thời thu nhận khí carbonic và
nước để tạo ra năng lượng hữu cơ cho hoạt động sống của mình.
Ý tưởng của Wang là bắt chước hoạt động này để giữ lại lượng
CO2 trong khí quyển, làm giảm phát thải carbonic đồng thời với
quá trình sản xuất nhiên liệu hydro.
Sun tuyên bố: “Chúng tôi đang cố gắng bắt chước thực vật, biến
ánh sáng thành năng lượng. Chúng tôi hy vọng, trong tương lai
gần, các cấu trúc cây nano có thể trở thành một phần trong các
thiết bị hữu hiệu vận hành như một cây xanh quang hợp bình
thường trong tự nhiên”.
Nhóm của Sun cũng đang tìm các chất thay thế cho kẽm oxit. Kẽm
oxit hấp thụ tia cực tím trong ánh mặt trời nhưng có độ ổn định
thấp do đó có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị cây nano.