Các nhà khoa học tại Đại học Metropolitan Osaka (Nhật Bản) vừa công bố một phương pháp mới cho quá trình quang hợp nhân tạo, giúp giảm chi phí và độ phức tạp trong sản xuất nhiên liệu mặt trời. Họ đã phát triển một thiết bị có khả năng tự điều chỉnh mà không cần đến hệ thống điều khiển bằng pin.
Thiết bị sử dụng nhiệt để tự động tối ưu hóa
Thiết bị mới sử dụng nhiệt để tự động tối ưu hóa quá trình sản xuất nhiên liệu mặt trời. Quá trình quang hợp nhân tạo này tương tự như cách thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa nước và CO₂ thành các hợp chất giàu năng lượng. Sản phẩm cuối cùng là axit formic, một chất hóa học có thể được lưu trữ và sử dụng làm nhiên liệu sạch hoặc nguyên liệu công nghiệp.
Thiết bị điện phân trong hệ thống chuyển đổi điện năng từ pin mặt trời thành năng lượng hóa học, giúp thu giữ và lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng axit formic. Bước đột phá này không chỉ giảm sự phụ thuộc vào các thiết bị điện tử phức tạp mà còn duy trì sản xuất nhiên liệu mặt trời hiệu quả, ngay cả khi cường độ ánh sáng thay đổi.
Tạo nhiên liệu mặt trời từ CO₂ và nước
Nhiều hệ thống quang hợp nhân tạo hiện nay sử dụng kỹ thuật theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) để điều chỉnh điện áp và dòng điện, nhưng thường yêu cầu pin hoặc phần cứng điều khiển điện tử bổ sung, làm tăng chi phí và độ phức tạp. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã tích hợp chức năng điều khiển trực tiếp vào thiết bị điện phân.
Dưới sự dẫn dắt của Phó giáo sư Yasuo Matsubara và Giáo sư Yutaka Amao, cùng với sự hợp tác của Tập đoàn Iida Holdings, các nhà nghiên cứu đã phát triển một bộ điện phân rắn đặc biệt. Bộ điện phân này có khả năng tự điều chỉnh, sử dụng các đặc tính của chất điện phân rắn để thực hiện chức năng MPPT mà không cần phần cứng bổ sung.
Theo Giáo sư Amao, hệ thống tự động phản ứng với sự thay đổi của ánh sáng mặt trời mà không cần điều khiển bên ngoài. Khi cường độ ánh sáng tăng, bộ điện phân nóng lên, giảm điện trở và cho phép dòng điện chạy dễ dàng hơn, từ đó duy trì hiệu suất ổn định.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nguyên mẫu dưới ánh sáng mặt trời thực tế, cho thấy khả năng liên tục chuyển hóa nước và CO₂ thành axit formic, duy trì hiệu suất ngay cả khi cường độ ánh sáng thay đổi. Họ cho biết công nghệ này đã chứng minh tiềm năng thực tiễn, với khả năng sản xuất đủ axit formic để cung cấp năng lượng cho một mô hình thu nhỏ, minh họa cho khả năng sản xuất và lưu trữ năng lượng sạch cho các ứng dụng gia đình trong tương lai.
