Các nhà khoa học đã phát triển một kỹ thuật quang hợp nhân tạo, sử dụng ánh sáng mặt trời và
nước để biến các hợp chất hữu cơ phế thải thành hóa chất và năng lượng có giá trị. Không giống
như các phương pháp truyền thống, quy trình mang tên APOS còn giúp loại bỏ các sản phẩm phụ
không mong muốn, trở thành bước đột phá quan trọng cho tính bền vững.
Bước tiến mới trong quang hợp nhân tạo
Nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Shogo Mori và Giáo sư Susumu Saito tại Đại học Nagoya dẫn
đầu đã phát triển một kỹ thuật quang hợp nhân tạo đột phá, sử dụng ánh sáng mặt trời và nước để
tạo ra năng lượng và các hợp chất hữu cơ có giá trị, bao gồm cả dược phẩm, từ rác thải. Phát hiện
này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng đến sản xuất năng lượng và hóa chất bền vững
hơn. Kết quả nghiên cứu của họ được công bố hôm 27-2 trên tạp chí Nature Communications.
“Quang hợp nhân tạo bao gồm các phản ứng hóa học mô phỏng cách thực vật chuyển đổi ánh
sáng mặt trời, nước và carbon dioxide thành glucose giàu năng lượng,” Giáo sư Saito giải thích.
“Tuy nhiên, khác với quá trình tự nhiên, phương pháp của chúng tôi không tạo ra sản phẩm phụ
không mong muốn, mà chỉ sản sinh năng lượng và hóa chất hữu ích.”
Kỹ thuật của nhóm nghiên cứu, có tên gọi quang hợp nhân tạo hướng tới tổng hợp hữu cơ
(APOS), đáp ứng tất cả các tiêu chí quan trọng của quang hợp nhân tạo. Điều làm nên sự khác
biệt của APOS là khả năng sử dụng cả chất hữu cơ và nước làm nguyên liệu đầu vào, tạo ra một
sự thay đổi mang tính nền tảng trong ứng dụng quang hợp nhân tạo.
“Chìa khóa thành công của APOS là hiệu ứng phối hợp của hai loại chất xúc tác quang bán dẫn
vô cơ (inorganic semiconductor photocatalysts),” Giáo sư Saito cho biết. “Những chất xúc tác
này thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ phế thải và nước thông qua phản ứng tách nước, từ
đó tổng hợp các hợp chất hữu cơ hữu ích và hydro xanh.”
Biến rác thải thành hợp chất có giá trị
Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra nhiều ứng dụng thực tiễn của công nghệ này. Trong thí nghiệm, họ
đã sử dụng các nguyên liệu hữu cơ khác nhau để tổng hợp hơn 25 sản phẩm rượu và ete, bao
gồm một chất tương tự thuốc chống trầm cảm và thuốc trị viêm mũi dị ứng (hay fever drug). Kỹ
thuật này cũng cho phép biến đổi các hợp chất hữu cơ, được minh chứng qua việc họ điều chỉnh
một loại thuốc dùng để điều trị tình trạng lipid máu cao.
“Kỹ thuật tiên tiến (state-of-the-art technique) của chúng tôi có thể giúp sản xuất vật liệu carbon
hữu ích mà không phát sinh carbon dioxide và rác thải,” Giáo sư Saito cho biết. “Một ví dụ là
acetonitrile – nguyên liệu ban đầu trong thí nghiệm của chúng tôi. Acetonitrile là sản phẩm phụ
được tạo ra trong quá trình sản xuất hàng loạt polyme và sợi nano carbon trong công nghiệp.
Nhờ APOS, acetonitrile đã được chuyển hóa thành sản phẩm hữu ích, góp phần giảm lượng chất
thải.”

Nghiên cứu này mở ra một lĩnh vực mới trong quang hợp nhân tạo phục vụ tổng hợp hữu cơ. Kết
quả đạt được hứa hẹn sẽ đóng góp vào sản xuất dược phẩm và hóa chất nông nghiệp bền vững,
tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo như ánh sáng mặt trời và nước.