Chiếc lá nhân tạo lơ lửng nhỏ bé này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu

Pin năng lượng mặt trời siêu mỏng, linh hoạt, tự trị có thể là một giải pháp thay thế bền vững cho xăng dầu mà không chiếm dụng không gian trên đất liền.
Chiếc lá nhân tạo lơ lửng nhỏ bé này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu
Lá nhân tạo hấp thụ ánh sáng mặt trời

Gần đây, Cambridge đã chứng kiến ​​cảnh những chiếc lá trôi nổi trên sông Cam, gần các địa điểm mang tính biểu tượng của Cambridge, bao gồm Cầu Than thở, Thư viện Wren và Nhà nguyện King’s College. Bạn có thể nghĩ là khá bình thường. Nhưng những chiếc lá 'nhân tạo' này lại có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu hiệu quả như lá cây.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge đã phát triển những chiếc 'lá nhân tạo' nổi này, lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp để tạo ra nhiên liệu sạch từ ánh sáng mặt trời và nước. Các thiết bị tự hành siêu mỏng, linh hoạt, đủ nhẹ để nổi và có thể là một giải pháp thay thế tuyệt vời, bền vững cho xăng dầu mà không chiếm không gian trên đất liền.
Đây là lần đầu tiên nhiên liệu sạch được tạo ra trên mặt nước. Nếu được mở rộng quy mô, lá nhân tạo có thể được sử dụng trên các tuyến đường thủy bị ô nhiễm, trong cảng hoặc thậm chí trên biển và có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch của ngành vận tải biển toàn cầu.

Giảm chi phí sản xuất nhiên liệu bền vững

Trong vài năm, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Erwin Reisner ở Cambridge đã làm việc để phát triển các giải pháp bền vững cho xăng dầu dựa trên nguyên tắc quang hợp. Nhưng công nghệ hiện có hoặc không hiệu quả hoặc nặng nề đến mức nó phải giới hạn trong đất, khi không gian là một vấn đề.

Để minh họa, vào năm 2019, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại lá nhân tạo tạo khí tổng hợp từ ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và nước. Mặc dù nó tạo ra nhiên liệu bằng cách kết hợp hai chất hấp thụ ánh sáng với các chất xúc tác thích hợp, nhưng cấu tạo của nó bao gồm sự kết hợp với đế thủy tinh dày và lớp phủ chống ẩm, nên một thiết bị cồng kềnh như vậy sẽ không phải là một giải pháp tối ưu.

“Lá nhân tạo về cơ bản có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất nhiên liệu bền vững, nhưng vì chúng vừa nặng vừa dễ vỡ nên rất khó sản xuất ở quy mô và vận chuyển,” Virgil Andrei từ Khoa Hóa học Yusuf Hamied của Cambridge, đồng chủ nhiệm của bài báo. tác giả, cho biết trong một tuyên bố.

Reisner, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi muốn xem chúng tôi có thể cắt giảm vật liệu mà các thiết bị này sử dụng đến mức nào mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng. "Nếu chúng ta có thể cắt vật liệu xuống đủ để chúng đủ nhẹ để trôi nổi, thì điều đó sẽ mở ra những phương pháp hoàn toàn mới để sử dụng những chiếc lá nhân tạo này."

'Chúng tôi hình dung các trang trại tương tự để tổng hợp nhiên liệu'

Các chuyên gia đã tìm kiếm nguồn cảm hứng từ ngành công nghiệp điện tử vì lĩnh vực này được biết đến với các kỹ thuật thu nhỏ.

Tuy nhiên, thách thức là đặt các chất hấp thụ ánh sáng vào các chất nền nhẹ và bảo vệ chúng khỏi sự xâm nhập của nước. Để khắc phục những điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các vật liệu và oxit kim loại màng mỏng được gọi là perovskites, có thể được phủ lên nhựa dẻo và lá kim loại. Các thiết bị được bao phủ bởi các lớp carbon không thấm nước, mỏng cỡ micromet để ngăn chặn sự suy giảm độ ẩm.

Andrei cho biết: “Nghiên cứu này chứng minh rằng lá nhân tạo tương thích với các kỹ thuật chế tạo hiện đại, đại diện cho một bước đầu hướng tới tự động hóa và mở rộng quy mô sản xuất nhiên liệu mặt trời. "Những chiếc lá này kết hợp những ưu điểm của hầu hết các công nghệ nhiên liệu mặt trời, vì chúng đạt được trọng lượng thấp của huyền phù bột và hiệu suất cao của hệ thống có dây."

Andrei cho biết: “Các trang trại năng lượng mặt trời đã trở nên phổ biến hơn để sản xuất điện; chúng tôi hình dung các trang trại tương tự để tổng hợp nhiên liệu. "Những thứ này có thể cung cấp cho các khu định cư ven biển, các hòn đảo xa xôi, che phủ các ao nuôi công nghiệp hoặc tránh bốc hơi nước từ các kênh tưới tiêu."

Reisner cho biết: “Nhiều công nghệ năng lượng tái tạo, bao gồm cả công nghệ nhiên liệu mặt trời, có thể chiếm một lượng lớn không gian trên đất liền, vì vậy việc chuyển sản xuất sang nguồn nước mở có nghĩa là năng lượng sạch và việc sử dụng đất sẽ không cạnh tranh với nhau”. "Về lý thuyết, bạn có thể cuộn các thiết bị này lại và đặt chúng ở hầu hết mọi nơi, ở hầu hết mọi quốc gia, điều này cũng sẽ giúp ích cho việc đảm bảo an ninh năng lượng."

Anh Duy
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM