Một thiết bị quang hợp nhân tạo mới, ổn định do nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Michigan chế tạo, có khả năng tăng gấp đôi hiệu quả khai thác ánh nắng mặt trời để phân tách cả nước ngọt và nước mặn hướng tới mục tiêu sản xuất hydro dùng cho pin nhiên liệu. Thiết bị này cũng có thể được cải tiến để biến đổi CO2 thành nhiên liệu.
Hydro là nhiên liệu đốt cháy sạch nhất mà chỉ thải ra nước. Nhưng quá trình sản xuất hydro không phải lúc nào cũng thân thiện với môi trường. Các phương pháp thông thường cần có khí thiên nhiên hoặc điện năng. Phương pháp sản xuất hydro của trường Đại học Michigan được cải tiến nhờ thiết bị mới, được gọi là tách nước trực tiếp bằng ánh nắng mặt trời nhưng chỉ sử dụng nước và ánh nắng mặt trời.
Zetian Mi, giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính và là trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Nếu chúng tôi có thể lưu trữ trực tiếp năng lượng mặt trời dưới dạng nhiên liệu hóa học, giống như những gì thiên nhiên làm nhờ quang hợp, chúng tôi có thể giải quyết thách thức cơ bản của năng lượng tái tạo”.
Faqrul Alam Chowdhury, nghiên cứu sinh tiến sỹ kỹ thuật điện và máy tính cho rằng vấn đề với pin mặt trời là chúng không thể lưu trữ điện nếu không có pin, nên chi phí cao và tuổi thọ pin hạn chế.
Thiết bị quang hợp nhân tạo mới được làm từ những vật liệu phổ biến như pin mặt trời và các thiết bị điện tử khác, bao gồm silicon và gallium nitride (thường thấy trong đèn LED). Với thiết kế sẵn sàng cho ngành công nghiệp hoạt động chỉ băng ánh nắng mặt trời và nước biển, thiết bị này mở đường cho việc sản xuất nhiên liệu hydro sạch trên quy mô lớn.
Các thiết bị tách nước trực tiếp bằng năng lượng mặt trời trước đây đã đạt hiệu suất sử dụng ánh nắng mặt trời chuyển đổi hydro trong nước ngọt hoặc nước mặn ở mức hơn 1%. Các phương pháp khác có chi phí sử dụng vật liệu đắt đỏ, không hiệu quả hoặc không ổn định như titanium dioxide, cũng cần bổ sung các dung dịch có tính axit mạnh để đạt hiệu quả cao hơn.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã đạt hiệu suất sử dụng ánh nắng mặt trời chuyển đổi hydro trên 3%, nhờ có các tháp gallium nitride tạo ra điện trường. Gallium nitride biến đổi ánh sáng hay các photon thành các điện tử di động và các khoảng trống tích điện dương còn gọi là các hốc. Các điện tích tự do này tách phân tử nước thành hydro và oxy.
Hiệu suất sử dụng ánh nắng mặt trời chuyển đổi hydro là 5% là ngưỡng có thể thương mại hóa, nhưng nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu tăng hiệu suất lên 20% hoặc 30%.
N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2018-05-harvesting-hydrogen-fuel-artificial-photosynthesis.html#jCp