Ghi lại hiệu quả trong việc chuyển đổi trực tiếp carbon dioxide và nước thành nhiên liệu bền vững
bởi Viện nghiên cứu hóa học Catalonia
Mô tả trực quan về chiếc lá nhân tạo và các thành phần của nó. Tín dụng: ICIQ
Một tập đoàn châu Âu được điều phối bởi Giáo sư José Ramón Galán-Mascarós từ Viện Nghiên cứu Hóa học Catalonia (ICIQ-CERCA) với các tổ chức nghiên cứu từ Pháp, Đức, Ý, Tây Ban Nha và Thụy Sĩ trong dự án A-LEAF, báo cáo kết quả nổi bật về giá cả phải chăng và năng lượng bền vững.
Kết quả cuối cùng của dự án nghiên cứu quang hợp nhân tạo này bao gồm một thiết bị tự trị có thể chuyển đổi CO2 và H2O thành nhiên liệu sử dụng ánh sáng mặt trời. Loại pin cải tiến này mang lại hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu trên 10%, đạt mật độ hiện tại kỷ lục thế giới mà không cần sử dụng bất kỳ nguyên liệu thô quan trọng nào. Điều này chứng tỏ rằng tính bền vững và năng suất cao cũng có thể đạt được bằng các vật liệu có chi phí thấp và có thể mở rộng.
Ngoài ra, nhóm còn giới thiệu khái niệm mới về sản xuất đồng thời hydro (H2) và nguyên tố lưu trữ H2 (formate), với nguyên tố thứ hai được sử dụng để tạo ra H2 khi không có ánh sáng mặt trời. Giải pháp này lần đầu tiên cho phép sản xuất hydro liên tục (24/7) bằng thiết bị lá nhân tạo. Giáo sư Javier Pérez-Ramírez từ ETH ở Zurich cho biết: “A-Leaf là một dự án thực sự thú vị và đầy thách thức và kết thúc với một nguyên mẫu hiệu quả cao là điều tuyệt vời nhất”.
Cách tiếp cận này đã được xác thực trong kiến trúc tế bào dòng điện hóa nhỏ gọn, với các điện cực dựa trên oxit Cu–S và Ni–Fe–Zn (tương ứng cho các phản ứng khử proton và CO2 và tạo ra oxy) được hỗ trợ trên các điện cực khuếch tán khí, được tích hợp với một chi phí mô-đun quang điện dựa trên Si. Tế bào hoạt động ở mật độ dòng điện khoảng 17 mA cm−2 và điện áp toàn tế bào là 2,5 V (ổn định trong > 24 giờ và trong các hoạt động bật-tắt), mang lại năng suất định dạng trên 190 μmol h−1 cm−2.
Kết quả của nghiên cứu này mở đường cho việc triển khai các hệ thống lá nhân tạo giá cả phải chăng trong kịch bản năng lượng tương lai, cung cấp giải pháp bền vững cho thách thức lớn trong việc đạt được quá trình chuyển đổi năng lượng và chuyển đổi mô hình năng lượng tập trung hiện tại thành một giải pháp thay thế phân tán.
"Đây là ví dụ đầu tiên về lá nhân tạo có hiệu quả cao hơn so với lá tự nhiên. Bước tiến tuyệt vời này sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự tương tác và cộng tác rất chặt chẽ của nhiều trung tâm nghiên cứu với năng lực đa ngành. Chúng tôi hiện đang tìm cách thực hiện bước tiếp theo để hiện thực hóa một nguyên mẫu quy mô lớn để chứng minh tính khả thi trong công nghiệp," Giáo sư Siglinda Perathoner từ Đại học degli Studi di Messina cho biết.
Công nghệ A-leaf đã sẵn sàng để nhân rộng và tối ưu hóa hơn nữa, với mục tiêu cuối cùng là xây dựng một cây nhân tạo, hỗ trợ giấc mơ về một tương lai bền vững. "Ngoài những con số về năng suất, thành công lớn nhất của chúng tôi là tập hợp được một nhóm người châu Âu gồm các nhà lãnh đạo thế giới trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau của họ để cùng làm việc với mục tiêu chung: chứng minh rằng một chiếc lá nhân tạo cũng có thể hoạt động khi được chế tạo độc quyền từ các vật liệu giá cả phải chăng và để cung cấp một hiệu suất kỷ lục trong công nghệ hiện đại nhất," Galán-Mascarós kết luận.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Khoa học Năng lượng & Môi trường.
