Nocera, Giáo sư năng lượng tại Đại học Harvard và các cộng sự tại Trường Y Harvard, đã tạo ra một hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để tách các phân tử nước và vi khuẩn ăn hydro để sản xuất nhiên liệu lỏng. Các kết quả của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Sicence.

“Đây là một hệ thống quang hợp nhân tạo đích thực”, Nocera nói. “Trước đây, con người đã sử dụng quang hợp nhân tạo để phân tách nước, nhưng đây là một hệ thống hoàn hảo và chúng tôi đã thực hiện tốt hơn cả quang hợp trong tự nhiên”.

Trong khi nghiên cứu cho thấy hệ thống này có thể được sử dụng để tạo ra nhiên liệu, tiềm năng của nó không dừng lại ở đó, Silver đến từ Viện Wyss tại Đại học Harvard cho biết.

Sinh học là nhà hóa học vĩ đại nhất của thế giới - sinh học có thể thực hiện các phản ứng hóa học mà chúng tôi không thể thực hiện một cách dễ dàng. Về nguyên tắc, chúng ta có một nền tảng có thể tạo ra bất kỳ phân tử carbon xuôi dòng nào, vì vậy, kỹ thuật này có tiềm năng vô cùng lớn.

Được gọi là “lá mô phỏng sinh học 2.0”, hệ thống mới được tạo ra dựa trên công trình nghiên cứu trước đây của Nocera, Silver và các cộng sự, phải đối mặt với một số thách thức mặc dù nó có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất ra isopropanol.

Thách thức chính là chất xúc tác được sử dụng để sản xuất hydro, hợp kim niken-molypden-kẽm, cũng tạo ra các phân tử phản ứng chứa oxy (ROS) là các phân tử tấn công và phá hủy ADN của vi khuẩn. Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu buộc phải vận hành hệ thống ở điện áp cao bất thường, dẫn đến suy giảm hiệu suất.

“Trong nghiên cứu này, chúng tôi thiết kế một chất xúc tác hợp kim cobalt-photpho mới không tạo ra các phân tử phản ứng chứa oxy”, Nocera nói. “Điều này cho phép chúng tôi hạ thấp điện áp và do đó làm gia tăng đáng kể hiệu suất”.

Hiện nay, hệ thống có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành sinh khối với hiệu suất 10 phần trăm, cao hơn nhiều so với mức một trăm được thấy ở các loài thực vật phát triển nhanh nhất.

Ngoài việc tăng hiệu suất, Nocera và cộng sự có thể mở rộng danh mục sản phẩm của hệ thống bao gồm isobutanol và isopentanol. Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng hệ thống này để tạo ra PHB, một tiền chất nhựa sinh học, một quy trình được giáo sư Anthony Sinskey của MIT trình diễn lần đầu tiên.

Chất xúc tác mới cũng có một lợi thế khác - thiết kế hóa học của nó cho phép nó “tự chữa lành” và hoàn toàn tương thích về mặt sinh học.

Mặc dù chưa thể tăng thêm hiệu suất, Nocera cho biết hệ thống đã đủ hiệu quả để xem xét các ứng dụng thương mại khả thi nhưng trong một mô hình chuyển đổi công nghệ khác.