Khai thác sức mạnh của “lá nhân tạo” để tạo nhiên liệu xanh

Là một phần của chương trình thí điểm tái tạo năng lượng năm 2021, Liên minh Châu Âu EU đã công bố hai dự án khai thác và tái tạo năng lượng lần lượt có tên là A-LEAF và SoFiA. Hai dự án mới này sẽ nhằm mục đích khai thác toàn bộ tiềm năng của năng lượng mặt trời, nghiên cứu phương pháp quang hợp nhân tạo để tạo ra nhiên liệu xanh, khi châu Âu phấn đấu trở thành lục địa trung hòa carbon theo nghị định về Thỏa thuận Xanh châu Âu.

Ngày nay, phần lớn sức mạnh khai thác nhiên liệu của chúng ta đến từ các mỏ hóa thạch, một giải pháp hữu hạn cho một vấn đề vô cùng đáng sợ; chúng ta phải làm gì khi chúng đang dần cạn hết? Chúng không chỉ là một nguồn hạn chế, mà tác động của chúng đối với môi trường của chúng ta cũng rất nghiêm trọng, thải ra một lượng đáng kể khí nhà kính vào bầu khí quyển làm trầm trọng thêm tình trạng ấm lên toàn cầu.

Vì lẽ đó, nhận thấy sức mạnh vô hạn của năng lượng mặt trời có thể thay đổi cách chúng ta cung cấp nhiên liệu cho Trái đất, từ công nghiệp đến giao thông, năng lượng mặt trời có thể cung cấp một nguồn nhiên liệu xanh vô hạn có thể giúp chúng ta đạt được một tương lai không có carbon.

Chiếc lá nhân tạo- Dự án A-LEAF

Dự án A-LEAF do Viện Nghiên cứu Hóa học Catalonia (ICIQ) dẫn đầu và sẽ là một nền tảng quang hợp nhân tạo biến năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học dựa trên tế bào xúc tác quang điện (PEC) trong cấu trúc hệ thống của một chiếc lá nhân tạo. Dự án sẽ đạt được điều này bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời để biến nước và CO2 thành oxy và chất hữu cơ (metanol và metan). 

Các vật liệu hữu cơ này sẽ được sử dụng làm nhiên liệu sinh học xanh, còn chiết xuất năng lượng dự trữ từ quá trình sẽ tái kết hợp với oxy, biến chúng trở lại thành nước và CO2 trong một chu trình khép kín trung tính, không làm ảnh hưởng đến môi trường.

Dự án SoFiA

Đại học Uppsala sẽ dẫn đầu dự án SoFiA, nơi họ sẽ sử dụng bong bóng xà phòng chứa đầy CO2  để tạo ra chất hữu cơ nhiên liệu sinh học tái tạo thông qua quá trình quang hợp nhân tạo. Màng bề mặt mỏng của chúng hoạt động như một chất xúc tác cho phản ứng hóa học giữa CO2 và ánh sáng mặt trời, được bao bọc bởi bong bóng, do đó chuyển CO2 thành chất nhiên liệu hữu cơ.

Cả hai dự án này đều đặt ra một triển vọng thú vị trong việc khai thác toàn bộ tiềm năng của năng lượng mặt trời, đạt được mức độ trung tính carbon được nêu trong Thỏa thuận Xanh Châu Âu, cũng như giúp  chấm dứt sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch.

Nhiên liệu hóa thạch trên bờ vực dần cạn kiệt, đòi hỏi năng lượng thay thế

Một thống kê năm 2017 cho thấy, tốc độ khai thác, tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch quá nhanh so với tốc độ hình thành khiến chúng rơi vào tình trạng ngày càng khan hiếm và dần trở nên cạn kiệt. Ước tính trữ lượng dầu mỏ trên thế giới chỉ còn đủ dùng cho 53 năm, trữ lượng khí thiên nhiên dùng được khoảng 55 năm nữa và than đá là 113 năm nữa (nếu tốc độ khai thác và tiêu thụ như hiện tại). Còn ở nước ta, với tốc độ khai thác hiện nay, sẽ còn 34 năm dùng dầu mỏ, 63 năm dùng khí thiên nhiên.

Việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch được xem là một "thủ phạm" tàn phá môi trường và gây biến đổi khí hậu. Theo tính toán, mỗi năm có 21,3 tỉ tấn CO2 được sinh ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, trong đó có 10,65 tỉ tấn CO2 được thêm vào bầu khí quyển. Không chỉ thải ra CO2, quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch cũng sinh ra nhiều chất ô nhiễm không khí như NO2, SO2, các hạt bụi mịn phân tử, thủy ngân, các kim loại nặng…

Theo số liệu của IPCC, 56,6% tổng lượng khí nhà kính được tạo ra bởi hoạt động của con người đến từ việc sử dụng năng lượng hóa thạch. Trong đó, than đá tạo ra lượng khí thải nhà kính nhiều nhất, gấp đôi so với khí tự nhiên và nhiều hơn 30% so với xăng.

Quy trình khai thác, sử dụng nhiên liệu hóa thạch cũng gây nhiều tác tại cho môi trường. Chẳng hạn như, việc khai thác than đá có thể làm biến mất thảm thực vật và lớp đất mặt, gia tăng xói mòn đất (nếu khai thác lộ thiên) hoặc gây lún đất, ô nhiễm nước (nếu khai thác hầm lò).

Việc khai thác dầu khí ngoài khơi tiềm ẩn nhiều nguy cơ cho các sinh vật thủy sinh… Quá trình vận chuyển than, dầu thô… cũng đòi hỏi nguồn năng lượng lớn, và phần lớn là sử dụng năng lượng hóa thạch truyền thống.

Ô nhiễm không khí do than đá và các nguồn năng lượng hóa thạch còn gây ra nhiều bệnh tật cho con người như bệnh lý tim mạch và các bệnh lý đường hô hấp. Khi tiếp xúc với bụi than thời gian dài, con người có nguy cơ cao mắc bệnh phổi đen. 

Huỳnh Dũng