Nguồn năng lượng đó tuyệt vời đến mức chỉ trong vòng mười năm nữa thôi, điện thoại di động (ĐTDĐ) và máy tính xách tay của bạn sẽ đồng loạt chuyển sang... màu xanh lá cây hết. Đơn giản là vì chúng sẽ được khoác một lớp vỏ bọc chiết xuất từ rau chân vịt để tiếp nhiên liệu cho mọi hoạt động!

Sẽ không còn những chiếc điện thoại model màu xanh lá cây, đỏ rượu vang hay bạc sang trọng nhưng bù lại, người sử dụng sẽ có những thiết bị tự sạc điện từ ánh sáng mặt trời, với cơ chế gần giống như quá trình quang hợp vẫn duy trì sự sống cho tất cả các loài thực vật trên Trái đất.

Từ ướt tới khô

PhotoSystem 1 làm từ rau... chân vịt.

Với tên gọi PhotoSystem 1, công nghệ này do nhóm nghiên cứu của Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) hợp tác cùng các nhà nghiên cứu tại trường ĐH Tennessee và Phòng thí nghiệm nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ phát triển. Trước đây, nỗ lực thành công nhất của giới khoa học trong việc sản xuất điện từ cơ chế quang hợp của thực vật mới chỉ dừng lại ở giải pháp vật chất hữu cơ mềm tích hợp với dung dịch. Nhưng nếu muốn một thiết bị pin mặt trời hữu cơ sử dụng được trong các thiết bị điện tử, chúng cần phải tích hợp được với cả chất rắn.

Chính vì vậy, giai đoạn đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã trồng rau chân vịt và thanh trùng cho nó bằng máy ly tâm để tách riêng lấy các tế bào protein nằm sâu bên trong. Các tế bào protein này có khả năng tạo ra năng lượng khi đặt dưới ánh sáng, và liên kết thành các cluster (liên cung) với kích thước không quá 20 nanomet, đủ để 100.000 cluster đứng vừa trên đầu kim.

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu phải tìm cách giải quyết vấn đề: Liên kết vật chất này với bảng mạch điện tử. Bước ngoặt đáng kể trong quá trình nghiên cứu chính là lớp màng hoạt tính peptit, tương tự như thành phần chính của xà phòng, giúp cho tổ hợp quang hợp tự kết hợp và ổn định liên kết trong khi chế tạo bảng mạch. Tế bào protein này có màu xanh lục sẫm, mùi giống cỏ khô và sẽ được tiếp tục thanh trùng một lần nữa trước khi chuyển đổi chúng sang trạng thái hoà tan trong nước song vẫn phải giữ lại được cấu hình tự nhiên của protein.

Thiết bị pin rau chân vịt tất nhiên không có nước. Trong khi đó, protein lại cần nước để tồn tại. Nhưng nếu sử dụng peptit chất tẩy của  Zhang, phó giám đốc nghiên cứu MIT thì các nhà khoa học có thể ổn định được tổ hợp protein trong môi trường khô ít nhất là ba tuần. Peptit này sẽ bảo vệ cho protein không bị chết trên bề mặt thiết bị điện tử, nhờ vào một lượng rất nhỏ nước dự trữ bên trong, giống như cách hạt giống vẫn trữ dầu để sống được trong điều kiện khô hạn vậy.

Tầng đáy của thiết bị điện tử là kính trong suốt có lớp vỏ bọc dẫn điện. Một lớp vàng mỏng phủ ngoài giúp tạo ra phản ứng hoá học dẫn đến quá trình tổ hợp của tế bào diệp lục trong rau chân vịt. 

Con chip thành quả có màu xanh lục sẫm thay vì màu xám thông thường của chip silicon. Khi tiếp xúc với ánh sáng từ đèn laser, chip này tạo ra một dòng điện yếu - chưa đủ để có thể đưa vào sử dụng, song hoàn toàn đủ để khích lệ các tác giả của nó về một sự khả thi của ý tưởng. Thí nghiệm Photosystem 1 đã được báo cáo tường trình trong Nano Letters, một ấn phẩm của Hiệp Hội Hoá học Mỹ.

Triển vọng

Các nhà khoa học đã chứng minh được điều mà ai xem "Thuỷ thủ Popeye" cũng biết: Rau chân vịt là nguồn sức mạnh tuyệt hảo.

Theo MIT thì so với công nghệ pin hiện nay, pin năng lượng mặt trời làm từ rau chân vịt có khá nhiều ưu thế vượt trội. Hàng tỷ năm tiến hoá đã dạy cho giới thực vật cách sử dụng năng lượng mặt trời một cách hiệu quả nhất. Chính vì thế, một thiết bị sinh hoá dùng năng lượng mặt trời sẽ tỏ ra hiệu quả hơn về mặt năng lượng so với các hệ thống hiện nay. Chưa hết, các vật liệu có nguồn gốc sinh hoá thường rất mỏng, tới mức hàng ngàn lớp của chúng ép lại cũng chỉ bằng chiều rộng của một... sợi tóc mà thôi. Một tế bào có thể chưa đủ, song hàng ngàn lớp tế bào thì hoàn toàn có thể cung cấp đủ nguồn điện năng mà ĐTDĐ và máy tính cần. Đồng thời, những thiết bị pin đa tầng kiểu này vẫn mỏng đủ để tích hợp ngay vào bề mặt ngoài của thiết bị, giống như lớp sơn bảo vệ vậy. Một chiếc ĐTDĐ của tương lai sẽ cấy pin rau chân vịt ngay trong lớp vỏ máy và có thể sạc pin liên tục trong những ngày nắng ấm áp.

Vậy đến chừng nào tương lai đó mới thành hiện thực, đến chừng nào chúng ta phải nói lời tạm biệt với những chiếc a-lô nhỏ xinh đa sắc màu của mình? Đó chỉ còn là vấn đề của... "tiền trợ cấp" mà thôi. Nếu số tiền rót vào cho dự án chỉ là 10.000 USD, bạn sẽ phải chờ khoảng... 50 năm và tốt nhất là nên quên nó đi. Nhưng nếu dự án của MIT thu hút được sự thích thú và quan tâm cao hơn, cùng với một-hai tỷ USD trong tay, các thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng hàng ngày sẽ có thể chạy bằng năng lượng rau chân vịt chỉ trong một thập kỷ nữa. Ít ra thì trường hợp 10.000 USD cũng đã không xảy ra, vì lồ Intel vừa đồng ý trợ vốn cho chương trình nghiên cứu này. 

Nghịch lý năng lượng và... mong đợi ngậm ngùi

Pin sạc chỉ được tăng dung tích và tuổi thọ từ 5%-10% mỗi năm.

Thật mỉa mai là trong khi các công nghệ cách mạng sôi nổi trong suốt năm năm qua, với hàng loạt phát kiến hữu dụng và đáng kinh ngạc như điện thoại Internet, Wi-Fi, email không dây, v.v... thì những nỗ lực để cải tiến công nghệ nền tảng, quyết định thành công của những công nghệ nói trên, là năng lượng lại chậm một cách trầm trọng. Đó mới chỉ là tin xấu!

Tin xấu nhất là ngành năng lượng di động vẫn cứ bình chân như vại. 

Luật Moore quy định các thiết bị và bán dẫn phải tăng gấp đôi chức năng và hiệu suất sau mỗi 18 tháng. Thế nhưng nghịch lý là các loại pin sạc lại chỉ tăng tuổi thọ có 5%-10% mỗi năm. Nhưng dung lượng này có thấm thía vào đâu, khi mà những cải tiến "chưa bao giờ mạnh mẽ hơn" của chip và màn hình lại ăn ngốn năng lượng gấp mấy lần thế.

Kể từ thời phát kiến ra pin Lithium-ion cho đến nay, hầu như ngành công nghiệp pin chẳng có một thay đổi quan trọng, đáng kể nào. Một phần của tình trạng này là do chúng ta đã cạn kiệt hoá chất. Pin, dù là loại kiềm hay sạc lại thì cũng được chế tạo chủ yếu từ những chất có nguồn gốc trong bảng tuần hoàn hoá học Mendeleep. Mà bảng tuần hoàn này thì chẳng có thêm nguyên tố nào mới cả. Tất cả các chất có thể dùng làm cathode được đều đã bị con người lôi ra khai thác hết. 

Vì vậy, trong thời gian vài năm tới, trong khi chờ đợi những ý tưởng như pin sạc rau chân vịt trở thành hiện thực, điều tốt nhất chúng ta có thể làm là "vắt kiệt" công nghệ pin hiện hành. Chúng ta sẽ sử dụng những phần mềm giúp quản lý năng lượng tốt hơn, mua những chiếc máy tính với bộ xử lý ngốn ít năng lượng hơn. Chẳng hạn như Intel và Transmeta đã phát triển chip tiêu thụ điện thấp dành cho máy tính xách tay vậy.

Cầm Thi (Tổng hợp)