Quá trình biến ánh sáng mặt trời trực tiếp thành năng lượng có thể sử dụng - được gọi là quang hợp - có thể sớm trở thành một kỳ tích mà con người có thể bắt chước để khai thác năng lượng mặt trời để tạo ra nhiên liệu sạch, hiệu suất cao, có thể lưu trữ. Do vậy, nó có thể mở ra một lĩnh vực hoàn toàn mới về năng lượng sạch. Năng lượng đầy đủ chiếu xuống trái đất dưới dạng ánh sáng mặt trời trong một giờ có thể đáp ứng tất cả nhu cầu năng lượng của nền văn minh nhân loại trong suốt một năm.
Năng lượng gió và năng lượng mặt trời , được khai thác bởi các tế bào quang điện , là hai dạng năng lượng sạch chính hiện nay. Thêm năng lượng thứ ba là tổng hợp quang hợp sẽ thay đổi đáng kể cách nhìn bao quát về năng lượng tái tạo. Khả năng lưu trữ năng lượng dễ dàng, không cần pin cồng kềnh, sẽ cải thiện đáng kể khả năng cung cấp năng lượng cho xã hội một cách sạch sẽ và hiệu quả của con người.
Quang hợp là một bước nhảy phức tạp của các quá trình, nhờ đó thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời và các phân tử nước thành năng lượng có thể sử dụng dưới dạng glucose. Để làm được điều này chúng sử dụng một sắc tố thường là chất phổ biến diệp lục, cũng như protein, enzym và kim loại. Quá trình gần nhất với quá trình quang hợp nhân tạo mà con người có ngày nay là công nghệ quang điện, trong đó pin mặt trời chuyển đổi năng lượng của mặt trời thành điện năng. Quá trình đó nổi tiếng là không hiệu quả, chỉ có thể thu được khoảng 20% năng lượng của mặt trời. Mặt khác, quang hợp hiệu quả hơn một cách triệt để; nó có khả năng lưu trữ 60% năng lượng mặt trời dưới dạng năng lượng hóa học trong các phân tử sinh học liên kết.
Hiệu suất của các tế bào quang điện đơn giản - tấm pin mặt trời - bị giới hạn bởi khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng của chất bán dẫn và khả năng sản xuất điện của tế bào. Giới hạn đó là điều mà các nhà khoa học có thể vượt qua với quá trình quang hợp tổng hợp. Nhóm nghiên cứu của Pushkar đang bắt chước quá trình này bằng cách xây dựng một chất tương tự lá nhân tạo để thu nhận ánh sáng và phân tách các phân tử nước để tạo ra hydro. Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu thông qua pin nhiên liệu hoặc được thêm vào các nhiên liệu khác như khí đốt tự nhiên hoặc được tích hợp vào pin nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho mọi thứ từ xe cộ, nhà ở đến các thiết bị điện tử nhỏ, phòng thí nghiệm và bệnh viện. Khám phá mới của Pushkar là một cái nhìn sâu sắc về cách các phân tử nước phân tách trong quá trình quang hợp, gần đây đã được công bố trên tạp chí Chem Catallysis (Cell Press).
Các nhà khoa học đã nghiên cứu về quá trình quang hợp nhân tạo từ những năm 1970. Đó là một thời gian dài, nhưng bạn nhớ rằng quá trình quang hợp mất hàng triệu năm để tiến hóa. Không chỉ vậy, các nhà khoa học tin rằng không giống như bay, liên lạc hay trí thông minh, quang hợp chỉ phát triển một lần - khoảng 3 tỷ năm trước, chỉ khoảng 1,5 tỷ năm đối với sự tồn tại của Trái đất. Pushkar cho rằng trong vòng 10-15 năm tới các hệ thống quang hợp nhân tạo thương mại có thể bắt đầu đi vào hoạt động.
Nguồn:https://techxplore.com/news/2021-06-sun-artificial-photosynthesis-sustainable-source.html, ngày 15/6/2021.