“Tòa nhà nano chọc trời” giúp vi khuẩn chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành điện năng

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Cambridge đã tạo ra những “tòa nhà chọc trời” siêu nhỏ để các cộng đồng vi khuẩn sản xuất điện từ ánh nắng mặt trời và nước. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp in 3D để cho ra đời mạng lưới nhà nano cao tầng, nơi các vi khuẩn ưa ánh nắng có thể sinh trưởng nhanh. Các điện tử còn lại từ quá trình quang hợp của vi khuẩn, được khai thác để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ.

Trước đây, các nhóm nghiên cứu khác đã từng khai thác năng lượng từ vi khuẩn trong quang hợp, nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã phát hiện ra rằng việc cung cấp cho vi khuẩn nơi cư trú phù hợp, sẽ làm tăng mức năng lượng mà vi khuẩn khai thác được. Phương pháp này có thể cạnh tranh với các phương pháp sản xuất năng lượng sinh học tái tạo truyền thống và đã đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời vượt trội hơn so với nhiều phương pháp sản xuất nhiên liệu sinh học hiện nay.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Materials, mở ra hướng mới sản xuất năng lượng sinh học và cho thấy các nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với yếu tố sinh học, có thể là thành phần quan trọng trong hỗn hợp năng lượng không thải cacbon.

Các công nghệ tái tạo hiện nay như pin mặt trời từ silicon và nhiên liệu sinh học, vượt trội hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch về phát thải cacbon. Tuy nhiên, chúng cũng có những hạn chế nhất định như phụ thuộc vào hoạt động khai khoáng, khó tái chế và lệ thuộc vào canh tác và đất đai sử dụng, dẫn đến mất đa dạng sinh học.

TS. Jenny Zhang, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Cách tiếp cận của chúng tôi như một bước hướng tới chế tạo các thiết bị năng lượng tái tạo bền vững trong tương lai”.

Vi khuẩn quang hợp hay vi khuẩn lam phong phú nhất trên Trái đất. Vi khuẩn lam cần nhiều ánh nắng mặt trời trong quá trình sinh trưởng. Để khai thác năng lượng thông qua quang hợp, vi khuẩn cần được gắn vào các điện cực.

Nhóm nghiên cứu tại Đại họcCambridge đã in 3D các điện cực tùy chỉnh từ các hạt nano oxit kim loại để phối hợp hoạt động cùng vi khuẩn lam trong quá trình quang hợp. Các điện cực được in dưới dạng cấu trúc cột nhiều nhánh, dày đặc, giống như một thành phố thu nhỏ. Kỹ thuật in cho phép kiểm soát việc điều chỉnh các cấu trúc để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

TS. Zhang cho biết: “Các điện cực có đặc tính xử lý ánh sáng tuyệt vời, giống như một căn hộ cao tầng nhiều cửa sổ. Vi khuẩn lam cần một thứ gì đó mà chúng có thể bám vào và thành lập một cộng đồng kết nối với những người hàng xóm của chúng. Các điện cực cho phép cân bằng giữa nhiều diện tích bề mặt và ánh sáng giống như một tòa nhà chọc trời bằng kính”.

Sau khi vi khuẩn lam tự phân bố trong ngôi nhà nano mới, các nhà nghiên cứu nhận thấy chúng hoạt động hiệu quả hơn các công nghệ năng lượng sinh học khác hiện có như công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học. Kỹ thuật này đã làm tăng mức năng lượng được khai thác hơn một bậc so với các phương pháp khác sản xuất năng lượng sinh học từ quá trình quang hợp.

Theo Vista.gov.vn