Phát hiện mới: "Quang hợp nghịch" giúp giảm ô nhiễm

Phát hiện về "quang hợp nghịch" sẽ tạo ra những thay đổi trong sản xuất ở ngành công nghiệp và hóa chất nên giảm thiểu ô nhiễm đáng kể.

Sinh khối thực vật là kết quả của quá trình quang hợp của thực vật nhờ vào ánh sáng Mặt trời. Một phần của ánh sáng sẽ chuyển đổi thành năng lượng hóa học trong thực vật giúp liên kết các nguyên tử thành phân tử carbonhydrate. Lượng carbon tích lũy của cây càng lớn thì sinh khối càng lớn.

Quá trình sản xuất công nghiệp hiện nay chủ yếu dựa vào ngành công nghiệp hóa dầu, sử dụng dầu mỏ và khí tự nhiên tạo ra vật liệu. Điều này kéo theo ô nhiễm cao và gây tác hại đến môi sinh. Nhưng các nhà khoa học đến từ Đại học Copenhagen (Đan Mạch) tuyên bố họ vừa tìm ra cách tốt hơn.

Phát hiện "quang hợp nghịch" chỉ ra bằng cách dùng ánh sáng Mặt trời, chúng ta có thể sản xuất nhiên liệu sinh học và sinh hóa cho những thứ như chất dẻo nhanh hơn, ở nhiệt độ thấp hơn với mức hiệu quả năng lượng cao hơn. (Ảnh: Alamy).

Nghiên cứu đăng toàn văn trên Nature Communications chỉ ra: Thông qua quá trình "quang hợp nghịch" - một quá trình phân hủy sinh khối để tạo ra các hóa chất và năng lượng - ô nhiễm sẽ được giảm thiểu. Bên cạnh đó, mức năng lượng thu được cũng nhanh hơn, hiệu suất cao hơn.

Kiến thức sinh học ở trường chúng ta được dạy là cây cối sinh trưởng thông qua quá trình quang hợp - khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học để sử dụng. Nhưng với "quang hợp nghịch", năng lượng Mặt trời được dùng để phân hủy các nguyên liệu thực vật hơn là giúp chúng tăng trưởng.

Giáo sư Claus Felby, người dẫn đầu nghiên cứu cho biết: "Đây là một thay đổi, nó làm thay đổi việc sản xuất trong ngành công nghiệp và hóa chất, do đó giảm thiểu ô nhiễm đáng kể". Ông nói thêm rằng: "quang hợp bằng Mặt trời không chỉ giúp cây lớn lên mà nguyên tắc tương tự còn có thể dùng áp dụng để phân hủy các chất trong cây, giải phóng chất hóa học. Chuyện này đã luôn là như vậy nhưng chưa ai từng để ý đến.

Nói cách khác, ánh sáng Mặt trời trực tiếp thúc đẩy quá trình hóa học. Năng lượng lớn từ ánh sáng Mặt trời có thể được dùng để quá trình ấy diễn ra liên tục mà không cần năng lượng đầu vào bổ sung".

Tiến sĩ Klaus Benedikt Møller phát biểu: "Chúng tôi dùng thuật ngữ "quang hợp nghịch" (reverse photosynthesis) vì các enzyme sử dụng oxy trong khí quyển và các tia Mặt trời để phá vỡ và chuyển đổi liên kết carbon trong cây ngay giữa những thứ khác thay vì xây dựng nhà mát và sản xuất oxy như cách chúng ta hay làm theo vốn hiểu biết về quang hợp bình thường".

Theo quá trình "quang hợp nghịch", một số phản ứng chuyển đổi năng lượng mà hiện nay mất 24 giờ hoàn thành sẽ chỉ cần 5 - 10 phút nếu dùng Mặt trời. (Ảnh: Alamy).

Theo nhóm nghiên cứu, ánh sáng Mặt trời được phân tử chất diệp lục thu thập và kết hợp với enzyme tự nhiên gọi là monooxygenases. Khi enzyme này tiếp xúc với ánh sáng Mặt trời, quá trình phân hủy tăng tốc.

Trong khi quá trình tạo ra nhiên liệu sinh học hoặc các vật liệu khác từ sinh khối thực vật có thể mất một thời gian dài, thì đảo ngược quang hợp lại có thề cắt giảm thời gian xuống chỉ còn vài phút.

Tiến sĩ David Cannella giải thích: "Phát hiện này có nghĩa rằng bằng cách dùng ánh sáng Mặt trời, chúng ta có thể sản xuất nhiên liệu sinh học và sinh hóa cho những thứ như chất dẻo nhanh hơn, ở nhiệt độ thấp hơn với mức hiệu quả năng lượng cao hơn. Trong một số phản ứng mà hiện nay mất 24 giờ hoàn thành thì chỉ cần 5 - 10 phút nếu dùng Mặt trời".

Các nhà nghiên cứu nói rằng phát hiện cho thấy có tiềm năng phân hủy liên kết hóa học giữa cacbon và hydro - có thể biến khí metan thành methanol. Chất lỏng này được sử dụng trong ngành công nghiệp nhiên liệu, vật liệu và hóa chất.

Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sự sống, hay gần đây là sinh vật sống. Sinh khối được chia làm 2 loại đó là sinh khối thực vật (phytomass) và sinh khối động vật (zoomass). Được xem là nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sinh khối có thể dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiên liệu sinh học. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi hóa học, và chuyển đổi sinh hóa. Ngay từ thuở sơ khai, con người chúng ta đã biết sử dụng nguồn nguyên liệu sinh khối để tạo ra năng lượng theo cách chuyển đổi nhiệt đó là biết đốt củi khô, cỏ khô để sưởi ấm...

Theo khampha