Các nhà nghiên cứu chọn lá sen để chứng minh tính khả thi của công nghệ sản xuất điện từ sự thoát hơi nước của thực vật. Ảnh: K.Y. Cheng
Nhóm nghiên cứu cho biết máy phát điện dựa trên sự thoát hơi nước từ lá của họ, cụ thể là lá sen, có thể cung cấp cho thiết bị điện tử nhỏ và tạo ra mạng lưới điện giúp nhà máy hoạt động. "Nghiên cứu này không chỉ khám phá hiệu ứng thủy năng của quá trình thoát hơi nước từ lá mà còn mang đến góc nhìn mới mẻ để nâng cấp công nghệ năng lượng xanh", nhóm nghiên cứu chia sẻ trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Water.
Điện thủy năng dựa vào chuyển động và tương tác của nước với bề mặt cứng. Những thiết bị hiện nay thường đòi hỏi cung cấp nước đều đặn, dẫn tới hạn chế về mặt địa lý do thiết bị phải đặt gần vùng nước như sông ngòi hoặc đập. Tuy nhiên, sự thoát hơi nước tự nhiên của lá cây hầu như chưa được thu thập trực tiếp, theo nhóm nghiên cứu ở Đại học Nông lâm Phúc Kiến. Do đó, họ tiên phong phát triển nguyên mẫu máy phát điện dựa trên sự thoát hơi nước ở lá sen (LTG) để chứng minh cách sản xuất điện này khả thi.
Thoát hơi nước là quá trình nước di chuyển từ rễ tới ngọn cây và bay hơi qua lá hoặc hoa. Các nhà nghiên cứu ước tính sản xuất điện qua sự thoát hơi nước từ thực vật trên toàn cầu có thể sản xuất 67,5 terawatt giờ điện một năm. Theo Hu Qichang, giáo sư ở Đại học Nông lâm Phúc Kiến kiêm trưởng nhóm nghiên cứu, sản xuất điện qua sự thoát hơi nước từ lá có tiềm năng trở thành công nghệ được sử dụng rộng rãi và khả thi về mặt thương mại. Những lợi thế cốt lõi của phương pháp là tính bền vững, thân thiện với môi trường và chi phí thấp. Máy phát điện dựa trên sự thoát hơi nước có nhiều lợi thế khác biệt với máy phát điện truyền thống như thiết bị đơn giản và không đòi hỏi nguồn nước lớn. Nó có thể đóng vai trò như nguồn điện ở các khu vực phân tán như trang trại mà không cần cơ sở hạ tầng quy mô.
Nhóm nghiên cứu tạo ra LTG bằng cách đặt một điện cực lưới titan lên mặt trên của lá sen, đóng vai trò như cực âm trong khi điện cực bằng kim titan đặt ở cuống lá đóng vai trò cực dương. Khi sự thoát hơi nước xảy ra, nước giữa những lỗ khí trên bề mặt lá và rễ cây có sự chênh lệch độ cao. Hoạt động mao dẫn theo chiều hướng lên của nước tạo ra chênh lệch điện thế giữa hai điện cực. "Cây cối tiếp tục trao đổi nước với môi trường thông qua sự thoát hơi nước, vì vậy quá trình sản xuất điện có thể tiếp diễn cả ngày, đặc biệt khi có đủ ánh sáng Mặt Trời", Hu giải thích.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy một số yếu tố ảnh hưởng tới sự thoát hơi nước và hiệu suất của thiết bị. Cuống càng dày cho phép tốc độ vận chuyển nước càng cao, giúp cải thiện hiệu suất. Nhiệt độ môi trường cao hơn giúp tăng cường sản xuất điện trong khi độ ẩm tương đối tăng, làm giảm hiệu suất.
"Để có thể ứng dụng thương mại rộng rãi, chúng tôi cần vượt qua một số thách thức như nâng cao hiệu suất sản xuất điện của một chiếc lá, tối ưu hóa hệ thống thu thập năng lượng và lưu trữ, mở rộng tình huống ứng dụng", Hu chia sẻ. "Hiện nay, lượng điện sản xuất của một chiếc lá tương đối nhỏ. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy thông qua nối nhiều cây và lá, một mạng lưới phân phối điện có thể hình thành, nhờ đó cải thiện công suất năng lượng nói chung. Trong tương lai, công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực như lưới điện thông minh, Internet vạn vật và cảm biến.
Dù LTG vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu, nhóm của Hu sẽ tiếp tục khám phá những phương pháp khác nhau để thúc đẩy công nghệ, bao gồm cải tiến liên lạc giữa cây cối và điện cực, khám phá tác động sinh lý của sự thoát nước ở thực vật lên sản xuất điện, kết hợp LTG với nhiều dạng năng lượng xanh như điện gió và điện mặt trời để tạo ra hệ thống sản xuất đa nguồn. Để chứng minh độ thông dụng của thiết bị, họ sử dụng nhiều loài thực vật và nhận thấy tất cả chúng đều có khả năng sản xuất điện.
An Khang (Theo Nature Water)