Một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn, cho phép sử dụng ánh sáng mặt trời sản xuất nhiên liệu và nguyên liệu từ carbon dioxide và nước để thay thế nguồn năng lượng hóa thạch ngày nay, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.
Các lò phản ứng quang học siêu vi mô gắn trên các tấm bảng tạo thành mô đun. Ảnh Viện Công nghệ Karlsruhe
Những công nghệ sản xuất năng lượng xanh thay thế năng lượng hóa thạch có ý nghĩa quan trọng xây dựng một tương lai bền vững. Nhưng cho đến nay, không có quy trình quang xúc tác chạy bằng năng lượng mặt trời nào, sử dụng carbon dioxide và nước làm nguyên liệu thô được thực hiện ở quy mô lớn để sản xuất nhiên liệu carbon thấp và hóa chất do hiệu quả xúc tác quang rất thấp và chi phí cao của công nghệ phản ứng quang hóa.
Trang Tech Explorist dẫn một báo cáo khoa học trên tạp chí Joule cho biết, trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học, dẫn đầu là thành viên từ Đại học Toronto, Canada và Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) Đức đã giới thiệu một ý tưởng về những lò phản ứng quang học có cấu trúc milli-to-micro (siêu vi mô) chi phí thấp, hiệu quả cao, dạng mô-đun để chuyển đổi nước, carbon dioxide, metan và nitơ thành những hóa chất và nhiên liệu xanh.
Ý tưởng khoa học này đảm bảo hiệu quả xúc tác quang cao, không cần theo dõi mặt trời, có chi phí chế tạo và vận hành thấp.
Khái niệm lò phản ứng quang hóa bao gồm những tấm polymer cấu trúc vi mô, được phủ nhôm để có được hệ số phản xạ cao. Lò phản ứng quang có cấu trúc như tấm bảng lớn, chứa hàng trăm kênh phản ứng có kích thước siêu nhỏ chạy song song. Mỗi kênh phản ứng được kết nối với một bộ phận thu thập ánh sáng hình chữ V, dẫn ánh sáng vào các kênh có chất xúc tác quang.
Tất cả các bề mặt được chế tạo ra có độ phản chiếu ánh sáng cao, đảm bảo các photon được vận chuyển chính xác từ nguồn sáng bên ngoài đến chất xúc tác quang trong các vi kênh với tổn thất năng lượng ánh sáng tối thiểu.
Thiết kế sáng tạo này cho phép thiết bị phản ứng quang học thu được các chùm photon với hiệu suất cao dưới những hướng chiếu sáng khác nhau từ mặt trời, loại bỏ nhu cầu thiết bị dõi theo mặt trời. Những mảng vi kênh dự kiến có thể được sản xuất hàng loạt bằng quy trình ép đùn polymer, khiến chi phí chế tạo thấp và dễ dàng triển khai sản xuất trên quy mô lớn công nghiệp.
Mô hình lò phản ứng quang, có thể đặt trên mái nhà, bên phải là bộ thu thập hình chữ V và khoang dạng ống của lò phản ứng quang. Ảnh: Viện Công nghệ Karlsruhe
Nhóm nghiên cứu cho biết, thiết kế thích ứng trong tương lai có thể giải quyết vấn đề ánh sáng mặt trời không liên tục bằng cách lắp đặt các điốt phát quang, tích hợp vào lò phản ứng quang làm nguồn photon, sử dụng năng lượng tái tạo từ pin điện mặt trời, lưu trữ trong các bộ pin lithium-ion lớn để hoạt động liên tục.
Mô hình lò phản ứng quang điện mới có thể được sử dụng trên mái nhà của những ngôi nhà và trang trại năng lượng mặt trời, đồng thời được tích hợp với quang điện để sản xuất đồng thời điện tái tạo, hóa chất và nhiên liệu xanh.
GS Geoffrey Ozin thuộc Khoa Hóa học của Đại học Toronto cho biết: “Công nghệ mới này truyền cảm hứng cho khả năng phát triển của một thế hệ thiết bị mới, chạy bằng năng lượng ánh sáng, sản xuất nhiên liệu xanh như hydro từ ánh sáng mặt trời và nước.
TS Paul Kant, nhà nghiên cứu của KIT cho biết: “Những sản phẩm như nhiên liệu và hóa chất, sản xuất bằng năng lượng mặt trời này sẽ thay thế những sản phẩm được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng khí thải carbon. Những công nghệ tương tự sẽ giúp nhân loại không phụ thuộc vào than đá và dầu mỏ, phát triển một nền kinh tế bền vững và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.”