Khai thác hiệu quả nhiên liệu hydro từ ánh nắng mặt trời bằng các vật liệu dồi dào trên Trái đất

Các nhà nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm quang tử học và giao diện thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ đã phát minh ra pin năng lượng mặt trời mô phỏng quá trình quang hợp ở thực vật. Ngoài ra, họ còn đưa ra các phương pháp sản xuất nhiên liệu như hydro thông qua việc tách nước bằng năng lượng mặt trời.

Để làm được điều này, các tác giả nghiên cứu cho pin quang điện hóa tiếp xúc với ánh nắng mặt trời để tách trực tiếp nước thành hydro và oxy hoặc họ kết hợp pin sản sinh điện với một bình điện phân có chức năng tách các phân tử nước.

Bằng cách áp dụng kỹ thuật thứ hai, các nhà khoa học có thể đạt hiệu suất chuyển đổi 12,3% năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi vật liệu perovskite để tạo thành hydro. Vật liệu perovskite là hợp chất có thể được chế tạo trong phòng thí nghiệm từ những vật liệu phổ biến, như vật liệu dùng trong pin ô tô truyền thống, mà không cần đến kim loại đất hiếm trong quá trình sản xuất nhiên liệu hydro có ích.

So với các phương pháp khác được áp dụng để chuyển đổi năng lượng mặt trời, thì phương pháp mới có một số lợi thế như: “Cả perovskite được sử dụng trong pin mặt trời và các chất xúc tác ni ken và sắt cấu thành những điện cực này chỉ cần đến các nguyên liệu dồi dào trên Trái Đất và có giá thành rẻ. Tuy nhiên, các điện cực này lại hoạt động tốt như các điện cực bằng bạch kim đắt tiền thông dụng” Jingshan Luo, một trong các tác giả nghiên cứu giải thích.

Mặt khác, việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro cho phép lưu trữ, giúp giải quyết một trong những bất lợi lớn mà điện tái tạo đang phải đối mặt, đó là phải sử dụng ngay khi nhiên liệu được tạo ra.

“Một khi bạn khai thác được hydro, bạn có thể tích trữ trong chai và làm bất kỳ điều gì với nó bất cứ khi nào bạn cần”, Michael Grätzel nói. Khí hydro có thể được đốt cháy trong nồi hơi hoặc động cơ mà chỉ thải ra hơi nước. Nó cũng có thể được đưa vào pin nhiên liệu để sản xuất điện theo yêu cầu. Hiệu suất chuyển đổi có thể đạt được là 12,3% và có triển vọng cao hơn.

Trong khi pin silicon chỉ có điện áp 0,7 V, thì điện áp của pin perovskite có thể đạt mức hơn 1V. Theo nhà nghiên cứu Jingshan Luo, điện áp 1,7 V hoặc hơn thế là cần có để điện phân nước và thu khí. Để đạt mức điện áp này, cần có ít nhất 3 pin silicon, trong khi chỉ cần 2 pin perovskite là đủ. Kết quả là mang lại hiệu quả cao hơn cho bề mặt của vật liệu hấp thụ ánh sáng. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học có thể khai thác hydro bằng phương pháp điện phân chỉ với 2 pin.

Sự kết hợp của ánh nắng mặt trời và nước mở ra một phương pháp mới đầy triển vọng để phát triển năng lượng trong tương lai.

Theo Vista.gov.vn