Lá nhân tạo - giải pháp xanh tái sinh khí nhà kính

Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Cambridge vừa phát triển thành công "lá nhân tạo" có khả năng bắt chước quá trình quang hợp tự nhiên. Theo đó, mẫu thử nghiệm lá nhân tạo sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa khí CO₂ vốn là nguồn phát thải chính gây hiệu ứng nhà kính thành các hóa chất và nhiên liệu sạch. Công nghệ này không chỉ tái hiện quy luật của thiên nhiên trong phòng thí nghiệm mà còn mở ra hướng đi mới cho nền công nghiệp hóa chất, nơi bài toán phi carbon đang trở thành ưu tiên toàn cầu.

Khác với những thế hệ pin mặt trời hay thiết bị chuyển hóa CO₂ trước đây, lá nhân tạo của nhóm nhà khoa học tại Đại học Cambridge sử dụng một hệ thống bán dẫn hữu cơ kết hợp enzyme vi sinh để tạo nên một quy trình mô phỏng quang hợp ở cấp độ vật lý - hóa học.

Các thử nghiệm cho thấy lá nhân tạo có thể tạo ra dòng điện cao và đạt hiệu suất gần như hoàn hảo trong việc định hướng electron vào các phản ứng tạo nhiên liệu. Hơn thế nữa, thiết bị đã hoạt động thành công liên tục trong hơn 24 giờ, gấp đôi thời gian của các mẫu thiết kế trước đó. Quan trọng hơn, nhóm đã chứng minh khả năng ứng dụng thực tế bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra formate - một hợp chất trung gian quan trọng có thể dùng để sản xuất nhiên liệu, dược phẩm hoặc hóa chất công nghiệp mà không cần nguồn dầu mỏ. Sau đó, formate này được áp dụng trực tiếp trong một chuỗi phản ứng "domino" để tổng hợp thành công một hợp chất dược phẩm quan trọng, đạt được năng suất và độ tinh khiết đáng ngưỡng mộ.

Công nghệ lá nhân tạo được xem là một mảnh ghép quan trọng trong chiến lược giảm phát thải ròng. Việc biến CO₂ – vốn là chất thải công nghiệp – thành nguyên liệu đầu vào mang giá trị kinh tế giúp hình thành chuỗi tuần hoàn carbon khép kín, góp phần giảm áp lực cho các ngành sản xuất vốn tiêu hao nhiều năng lượng. Ở quy mô rộng hơn, những sáng kiến như thế này có thể thúc đẩy quá trình chuyển đổi của ngành hóa chất – một trong những lĩnh vực phát thải cao nhất – sang mô hình tăng trưởng xanh.

Đại diện nhóm nghiên cứu, Giáo sư Reisner khẳng định các thiết bị năng lượng mặt trời mà nhóm chế tạo không chỉ hiệu quả và bền bỉ, mà còn không chứa các thành phần độc hại hoặc kém bền vững. Đây có thể xem là một nền tảng cơ bản để sản xuất nhiên liệu và hóa chất xanh trong tương lai - một cơ hội thực sự để thực hiện một số phản ứng hóa học thú vị và quan trọng.

Nếu được thương mại hóa, các lá nhân tạo có thể được triển khai ngay tại khu vực phát thải CO₂ như nhà máy điện, nhà máy xi măng hoặc cơ sở lọc hóa dầu. Thay vì phải đầu tư chi phí lớn cho việc thu giữ và lưu trữ carbon (CCS), doanh nghiệp có thể tận dụng dòng khí thải để tạo ra sản phẩm mới - một hướng đi giúp vừa giảm phát thải vừa tạo giá trị kinh tế. Đây cũng là mục tiêu cốt lõi của mô hình biến chất thải thành tài nguyên, biến áp lực môi trường thành cơ hội đổi mới.