Một chiếc lá, một ngọn cỏ hay một tế bào tảo duy nhất đều có thể sản sinh ra nhiên liệu từ sự kết hợp của nước, ánh sáng và CO2 nhờ sự kỳ diệu của quang hợp. Ngày nay, các nhà khoa học cho biết họ có thể nhân rộng và cải thiện bằng chiếc lá “sinh học”.
Thiết bị sử dụng điện năng lượng mặt trời từ một tấm quang điện tế để tách nước thành oxy và hydro, sau đó thêm vi khuẩn để nuôi bằng hydro và chuyển hóa CO2 trong không khí thành nhiên liệu cồn. Nguồn: Des_Callaghan via Wikimedia Commons
Nhóm của nhà hóa học Daniel Nocera (Đại học Harvard) hợp sức cùng nhóm nhà sinh học tổng hợp Pamela Silver (Trường Y Harvard) tạo ra một loại pin “sống” mà họ gọi là lá sinh học. Thiết bị sử dụng điện năng lượng mặt trời từ một tấm quang điện tế để tách nước thành oxy và hydro, sau đó thêm vi khuẩn để nuôi bằng hydro và chuyển hóa CO2 trong không khí thành nhiên liệu cồn. Thiết bị quang hợp nhân tạo đầu tiên của nhóm ra đời năm 2015, làm ra 216 miligram nhiên liệu cồn trên mỗi lít nước nhưng chất xúc tác để phản ứng tách nước xảy ra lại gây tác động xấu đến vi khuẩn.
Do đó, nhóm tìm kiếm chất xúc tác tốt hơn, có thể phù hợp với sinh vật sống trong khi vẫn tách nước hiệu quả. Theo báo cáo của nhóm trên tạp chí Science ngày 2/6, họ tìm thấy nó trong hợp kim côban và phốt pho, hỗn hợp đã được dùng như một lớp chống ăn mòn cho linh kiện nhựa, kim loại có chi phí đắt hơn một chút. Nó giúp tách nước thành hydro và oxy mà không tạo ra loại phân tử ôxy có thể làm hại DNA hay tương tự để duy trì sự sống.
Nhờ đó, phiên bản 2.0 có hiệu quả cao hơn phiên bản đầu tiên khi sản sinh nhiên liệu cồn như isopropanol và isobutanol. Nói cách khác, với mỗi kilowatt điện sử dụng, vi khuẩn có thể lọc 130 gram CO2 trong số 230.000 lít không khí để tạo ra 60 gram nhiên liệu isopropanol.
Ý tưởng cơ bản của các nhà nghiên cứu là đảo ngược quá trình đốt cháy và sử dụng phần sót lại của đốt nhiên liệu hóa thạch – CO2 trong khí quyển – để tạo ra các nhiên liệu tái tạo giống như cây cối đang làm. Tuy nhiên, lá sinh học chưa thể cạnh tranh bằng giá một sớm một chiều với nhiên liệu hóa thạch khai thác từ đất, chủ yếu vì vi khuẩn vẫn chưa sản sinh nhiên liệu nhanh chóng.
Bằng cách tận dụng lượng CO2 dư thừa trong không khí, phản ứng sinh học mới có thể giảm thiểu vấn đề ô nhiễm của trái đất trong khi mang lại nguồn nhiên liệu sạch cho những ai chưa có cơ hội tiếp cận năng lượng hiện đại. Theo ông Nocera, không cần phải có cơ sở hạ tầng hàng tỷ đô-la mới làm được việc này.
“Bằng cách kết hợp công nghệ sinh học và chất hữu cơ, một lối đi quyền lực đã được mở ra để bạn có được những gì tốt nhất của cả hai thế giới. Tôi sử dụng không khí cùng ánh sáng, nước và làm ra được thứ gì đó từ nó và làm tốt hơn tự nhiên 10 lần. Điều đó làm tôi cảm thấy rất tốt”.
