Quang hợp là quá trình thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng duy trì sự sống, trong đó, khí oxy được tạo thành như là sản phẩm phụ của quá trình này khi cây hấp thụ nước và tách nước thành hydro và oxy. Phản ứng tách nước là một trong những phản ứng quan trọng nhất khi quá trình quang hợp diễn ra, vì đây là nguồn gốc của hầu hết khí oxy trên trái đất. Bên cạnh đó, hydro được tạo thành khi nước bị phân tách có tiềm năng lớn trở thành nguồn năng lượng xanh tái tạo không giới hạn.
Một nghiên cứu (dẫn đầu bởi Viện nghiên cứu thuộc St John's College, Đại học Cambridge) đã áp dụng quá trình quang hợp bán nhân tạo để tìm ra phương pháp mới trong sản xuất và lưu trữ năng lượng mặt trời. Họ đã sử dụng các hợp chất sinh học và ánh sáng mặt trời để biến đổi nước thành hydro và oxy. Nghiên cứu mới này có thể trở thành một cuộc cách mạng hóa cho các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo hiện nay.
Nghiên cứu (được giới thiệu trên tạp chí khoa học Nature Energy) đã phân tích cách thức để tách nước bằng năng lượng mặt trời. Đồng thời, phương pháp này cũng cho thấy độ hấp thụ ánh sáng mặt trời nhiều hơn so với quang hợp tự nhiên.
Katarzyna Sokól, tác giả của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tiến sỹ tại St John's College cho biết, quá trình quang hợp tự nhiên chưa thực sự hiệu quả vì nó chỉ mới đạt hiệu suất khoảng 1-2% lượng năng lượng có thể tạo ra.
Công nghệ quang hợp nhân tạo đã có từ nhiều thập kỷ trước, nhưng vẫn chưa được ứng dụng thành công để sản xuất năng lượng tái tạo, do phải sử dụng các chất xúc tác đắt tiền và độc hại, gây cản trở trong việc ứng dụng ở quy mô sản xuất công nghiệp
Nghiên cứu của các nhà khoa học đến từ Cambridge tạo ra một thành quả nổi bật về quang hợp bán nhân tạo, khắc phục những hạn chế của công nghệ cũ, với việc sử dụng các enzyme sinh học để đạt được phản ứng mong muốn.
Sokól và đội ngũ các nhà nghiên cứu không chỉ cải thiện về hiệu suất sản sinh và lưu trữ năng lượng của quá trình quang hợp, mà còn kích hoạt lại một phản ứng đã không hoạt động sau 1.000 năm trong tảo. Sokól giải thích: "Hydrogenase là một loại enzyme trong tảo có khả năng làm biến đổi proton thành hydro. Trong quá trình tiến hóa, phản ứng biến đổi này đã ngừng hoạt động do không còn cần thiết cho sự sống của tảo, nhưng chúng tôi đã thành công trong việc kích hoạt lại nó và đạt được phản ứng mà chúng tôi muốn – phản ứng tách nước thành hydro và oxy."
Sokól hy vọng những phát hiện này có thể là nền tảng cho việc cải tiến các công nghệ và mô hình chuyển đổi năng lượng mặt trời. Bên cạnh đó, phương pháp này còn có thể sử dụng để kết hợp các phản ứng khác với nhau, giúp con người phát triển mạnh các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời.
TS. Erwin Reisner, Giám đốc Phòng thí nghiệm Reisner thuộc St.John's College, một trong những tác giả, cho rằng nghiên cứu này là một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Ông cho biết: "Nghiên cứu mới đã vượt qua nhiều thách thức và khó khăn liên quan đến việc tích hợp các hợp chất sinh học và hữu cơ vào hợp chất vô cơ để tạo nên các kỹ thuật bán nhân tạo, đồng thời cho ra đời một bộ công cụ để phát triển các hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời trong tương lai."