Đột phá mới: Hệ thống quang hợp nhân tạo không cần pin, sản xuất nhiên liệu sạch ổn định từ ánh sáng mặt trời
Annie Nguyễn – 21/06/2026
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Metropolitan Osaka (Nhật Bản) vừa phát triển thành công hệ thống quang hợp nhân tạo có khả năng tự điều chỉnh, sản xuất nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời mà không cần đến pin hay các bộ điều khiển điện tử đắt tiền.
Hệ thống này sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa nước và carbon dioxide (CO₂) thành axit formic – một loại nhiên liệu lỏng có giá trị và chất hóa học lưu trữ năng lượng. Trong các hệ thống quang hợp nhân tạo, bộ điện phân đóng vai trò trung tâm, chuyển đổi điện năng từ pin mặt trời thành năng lượng hóa học có thể lưu trữ dưới dạng nhiên liệu.
Thách thức cũ và giải pháp đột phá
Để duy trì hiệu suất chuyển đổi năng lượng ổn định trong điều kiện ánh sáng mặt trời thay đổi, các hệ thống quang hợp nhân tạo truyền thống thường sử dụng công nghệ Theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT – Maximum Power Point Tracking) – một phương pháp điều khiển liên tục điều chỉnh điện áp và dòng điện để tối ưu hóa công suất đầu ra của pin mặt trời.
Tuy nhiên, các hệ thống MPPT truyền thống thường phụ thuộc vào pin hoặc các thiết bị điện tử bổ sung để ổn định dòng năng lượng, làm tăng cả chi phí lẫn độ phức tạp của toàn bộ hệ thống.
Nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Yasuo Matsubara và Giáo sư Yutaka Amao thuộc Trung tâm Nghiên cứu Quang hợp Nhân tạo, Đại học Metropolitan Osaka, phối hợp cùng Tập đoàn Iida Holdings, đã giải quyết thách thức này bằng cách tích hợp một chất điện phân rắn đặc biệt vào bộ điện phân. Nhờ đó, bộ điện phân tự thực hiện chức năng MPPT mà không cần đến pin.
Cơ chế tự điều chỉnh
Thay vì sử dụng thiết bị điện tử, pin và bộ chuyển đổi bên ngoài, bộ điện phân tự điều chỉnh hành vi điện của mình thông qua các đặc tính nhiệt và trở kháng. Giáo sư Amao giải thích: "Khi cường độ ánh sáng mặt trời tăng, bộ điện phân tự nhiên nóng lên. Hệ thống được thiết kế để sự nóng lên này làm giảm điện trở, cho phép dòng điện chạy qua dễ dàng hơn. Điều này giúp hệ thống tự động điều chỉnh hành vi điện của mình."
"Cơ chế tự điều chỉnh này giúp duy trì sản xuất nhiên liệu ổn định hơn trong suốt cả ngày, tự động hóa hệ thống, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào pin và các linh kiện bên ngoài đắt tiền," ông bổ sung.
Thử nghiệm thực tế và triển vọng
Khi nhóm nghiên cứu thử nghiệm thiết bị tích hợp công nghệ này, nó đã sản xuất ổn định axit formic từ nước và CO₂ trong điều kiện ánh sáng mặt trời thực tế, ngay cả khi cường độ ánh sáng dao động.
Phó giáo sư Matsubara cho biết: "Chúng tôi tin tưởng rằng nghiên cứu này sẽ thành công, vì chúng tôi đã trưng bày trước đó tại triển lãm 'Gian hàng chung Iida Group × Osaka Metropolitan University' trong khuôn khổ Osaka Kansai Expo 2025. Hệ thống đã sản xuất đủ axit formic để vận hành một mô hình thu nhỏ trong gian hàng, cho thấy tiềm năng của nó như một hệ thống quang hợp nhân tạo hiệu quả, có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các ứng dụng trong gia đình."
Ý nghĩa đối với tương lai năng lượng sạch
Việc loại bỏ pin và các thiết bị điều khiển phụ trợ khỏi hệ thống nhiên liệu mặt trời có thể giúp đơn giản hóa hệ thống năng lượng sạch, giảm chi phí đầu tư ban đầu cho các thành phố, doanh nghiệp và hộ gia đình sử dụng cơ sở hạ tầng năng lượng sạch.
Công trình này đã được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế EES Solar vào ngày 20 tháng 3 năm 2026.
Nguồn: Thông cáo báo chí của Đại học Metropolitan Osaka (ngày 10 tháng 6 năm 2026) và bài báo khoa học đăng trên EES Solar (DOI: 10.1039/D5EL00177C).
