Tạo ra điện năng mới từ lá cây

Một nhóm nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Massachusetts ở Mỹ đã chế tạo thành công những chiếc lá nhân tạo, thiết bị hấp thụ ánh nắng để tạo ra điện năng giá rẻ và hiệu năng cao. Thành tựu này được xem là dấu mốc đáng chú ý trong hành trình tìm kiếm các nguồn năng lượng bền vững, đặc biệt với những cộng đồng còn thiếu điện. Nếu được phát triển phù hợp, công nghệ có thể mở ra cơ hội sử dụng điện cho người dân tại nhiều quốc gia nghèo và đang phát triển. Ý tưởng về lá nhân tạo thực ra không mới, bởi công nghệ này đã được nghiên cứu trong hơn 10 năm bởi tiến sỹ John Turner thuộc Viện Nghiên cứu Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ. Sản phẩm trước đây của ông vẫn mô phỏng quá trình quang hợp, tuy nhiên khả năng ứng dụng thực tế bị hạn chế vì cần kim loại quý hiếm, chi phí cao và hoạt động chưa ổn định. Những trở ngại đó khiến các nhà khoa học tiếp tục tìm kiếm một thiết kế đơn giản hơn, rẻ hơn, đồng thời đáng tin cậy hơn trong điều kiện sử dụng thông thường. Lá nhân tạo mới có kích cỡ tương đương một lá bài, nhưng mỏng hơn nhiều, với bề mặt bao phủ bởi silicon, các linh kiện điện tử và những chất xúc tác cần thiết. Khi được đặt trên một ga-lông nước dưới ánh nắng, chỉ một chiếc lá có thể tạo đủ điện cho nhu cầu sử dụng của một gia đình trong một ngày. Kích thước nhỏ, cấu tạo mỏng và khả năng tận dụng ánh sáng khiến thiết bị trở thành lựa chọn đáng chú ý cho các khu vực thiếu hạ tầng điện quy mô lớn. Điểm hấp dẫn của công nghệ nằm ở khả năng biến ánh nắng thành điện thông qua một quy trình mô phỏng hoạt động của lá cây tự nhiên. Thay vì chỉ tạo dòng điện trực tiếp, lá nhân tạo trước hết tách nước thành hai thành phần, gồm hydro và oxy, nhờ năng lượng nhận được từ mặt trời. Hai loại khí này sau đó được lưu trữ để sử dụng trong một thiết bị hoạt động theo nguyên tắc của pin nhiên liệu. Khi hydro và oxy được đưa vào pin nhiên liệu, thiết bị sẽ liên tục tạo ra điện để phục vụ các nhu cầu sinh hoạt cần thiết. Cách vận hành này cho phép năng lượng mặt trời được chuyển thành dạng có thể lưu trữ, giải quyết một phần hạn chế vốn có của nguồn điện phụ thuộc thời tiết. Người sử dụng không nhất thiết phải tiêu thụ điện ngay thời điểm ánh nắng xuất hiện, bởi hydro và oxy có thể được giữ lại cho những thời điểm khác. So với những thiết kế lá nhân tạo trước đây, phiên bản mới gây chú ý nhờ sử dụng các vật liệu rẻ tiền, dễ tiếp cận hơn và không phụ thuộc vào kim loại quý hiếm. Thiết bị cũng có thể hoạt động trong những điều kiện tương đối đơn giản, đồng thời duy trì độ ổn định cao trong quá trình tạo năng lượng. Theo thông tin được công bố, lá nhân tạo có thể vận hành liên tục ít nhất 45 giờ với cường độ cao, một con số cho thấy tiềm năng sử dụng đáng kể. Các nhà khoa học kỳ vọng mỗi hộ gia đình có thể trở thành một nhà máy điện mini, tự tạo nhiên liệu rồi sản xuất điện từ nguồn nước và ánh sáng sẵn có. Mô hình phân tán này đặc biệt phù hợp với những nơi xa lưới điện, nơi việc xây dựng đường dây truyền tải thường tốn kém và mất nhiều thời gian. Một thiết bị nhỏ gọn đặt gần gia đình có thể giảm sự phụ thuộc vào các hệ thống điện tập trung, nếu công nghệ tiếp tục được hoàn thiện. Dù còn cần thêm thời gian để triển khai rộng rãi, lá nhân tạo đã cho thấy hướng tiếp cận giàu triển vọng đối với bài toán năng lượng sạch. Sự kết hợp giữa ánh sáng mặt trời, quá trình tách nước và pin nhiên liệu tạo ra một hệ thống vừa có khả năng sản xuất, vừa có khả năng lưu trữ điện. Từ một thiết bị mỏng như lá bài đến viễn cảnh cung cấp điện cho các gia đình nghèo, công nghệ này mở thêm một con đường thực tế hướng tới tương lai năng lượng bền vững.