Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Osaka Metropolitan đã tạo ra một hệ thống quang hợp nhân tạo mới có khả năng tạo ra nhiên liệu mặt trời ổn định hơn đồng thời loại bỏ nhu cầu sử dụng thiết bị điều khiển dựa trên pin. Bước tiến này đến từ việc tích hợp một thành phần hóa học tự điều chỉnh trực tiếp vào thiết bị điện phân, giảm cả độ phức tạp và chi phí của hệ thống. Tương tự như quá trình quang hợp tự nhiên ở thực vật, quang hợp nhân tạo sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển hóa nước và CO₂ thành các hợp chất giàu năng lượng. Một trong những sản phẩm đó là axit formic, một chất hóa học có thể dùng làm nhiên liệu và là cách để lưu trữ năng lượng.
  Cốt lõi của các hệ thống này là một máy điện phân chuyển đổi điện năng từ các tế bào quang điện thành năng lượng hóa học. Năng lượng đó sau đó được lưu trữ dưới dạng nhiên liệu như axit formic. Một thách thức lớn là duy trì hoạt động hiệu quả khi ánh sáng mặt trời thay đổi suốt cả ngày. Để giải quyết vấn đề này, nhiều hệ thống quang hợp nhân tạo sử dụng phương pháp theo dõi điểm công suất cực đại (Maximum Power Point Tracking -MPPT), một phương pháp liên tục điều chỉnh điện áp và dòng điện để các tế bào quang điện có thể cung cấp công suất đầu ra tối đa. Tuy nhiên, các hệ thống MPPT truyền thống thường phụ thuộc vào pin và các linh kiện điện tử bổ sung để làm ổn định dòng năng lượng. Mặc dù hiệu quả, nhưng những bổ sung này làm tăng cả chi phí và độ phức tạp của hệ thống.

Để khắc phục hạn chế này, một nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Yasuo Matsubara và Giáo sư Yutaka Amao tại Trung tâm Nghiên cứu Quang hợp Nhân tạo thuộc Đại học Osaka Metropolitan đã hợp tác với Tập đoàn Iida Holdings Co., Ltd để thiết kế lại chính máy điện phân. Cách tiếp cân của nhóm nghiên cứu dựa trên chất điện phân rắn được thiết kế đặc biệt tích hợp trực tiếp vào thiết bị. Kết quả máy điện phân có thể tự động thực hiện chức năng MPPT mà không cần đến hệ thống điều khiển bằng pin. Thay vì dựa vào các thiết bị điện tử, bộ chuyển đổi hoặc pin bên ngoài, máy điện phân điều chỉnh các đặc tính điện của nó thông qua các đặc tính nhiệt và trở kháng riêng.

Giáo sư Amao giải thích: "Khi cường độ ánh sáng mặt trời tăng lên, máy điện phân tự nhiên nóng lên. Hệ thống được thiết kế sao cho sự nóng lên này làm giảm điện trở, cho phép dòng điện chảy tự do hơn. Điều này làm cho hệ thống tự động điều chỉnh hoạt động điện của nó." Ông giải thích thêm: "Hoạt động tự điều chỉnh này giúp duy trì sản lượng nhiên liệu ổn định hơn suốt cả ngày và tự động hóa hệ thống, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào pin và các thành phần bên ngoài đắt tiền".

Khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm công nghệ này trong điều kiện thực tế ngoài trời, hệ thống đã liên tục sản xuất axit formic từ nước và CO2 ngay cả khi cường độ ánh sáng mặt trời biến động.

Nguồn: Sciencedaily.com
(https://www.sciencedaily.com/releases/2026/06/260611024601.htm)