1. Cơ khí chế tạo là một trong những ngành quan trọng nhất để một quốc gia công nghiệp hóa và hoàn thiện cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai (điện khí hóa) và thứ ba (“máy tính và tự động hóa”). Nó cung cấp toàn bộ trang thiết bị cho các ngành 10 công nghiệp khác như chế biến nông sản, năng lượng, luyện kim, đóng tàu, xây dựng, thiết bị điện-điện tử, giao thông vận tải và bảo vệ quốc phòng an ninh.
2. Tuy nhiên các chuyên gia trong nước nhận định rằng ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam mới chỉ dừng ở mức “làm gia công” và phần lớn chưa đủ khả năng tự chế tạo một số sản phẩm có sức cạnh tranh quốc tế mang lại giá trị cao. Đa số doanh nghiệp 1 cơ khí trong nước có quy mô nhỏ, trình độ kỹ thuật trung bình, thiếu máy móc hiện đại, chưa làm chủ được công nghệ lõi hoàn chỉnh trong lĩnh vực cơ khí. Do vậy, sản phẩm cơ khí Việt Nam mới đáp ứng được khoảng 32% nhu cầu cơ khí trong nước - SO với mục tiêu 45-50% đến năm 2020 và có rất ít thương hiệu có thể cạnh tranh trên thị trường.
3. Để có nhiều doanh nghiệp mạnh trong nước, Chủ tịch Hiệp hội doanh nghiệp cơ 15 khí Việt Nam KS Đào Phan Long đề nghị bên cạnh các cơ chế chính sách ưu đãi, Nhà nước cần “lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”.
4. Nhưng làm sao để chọn được những sản phẩm chủ lực và công nghệ ưu tiên cho ngành cơ khí chế tạo? Câu trả lời có thể tìm thấy trong Bản đồ Công nghệ - một công cụ cho phép xác định vị thế cạnh tranh và năng lực công nghệ hiện tại, đồng thời có những thông tin về sản phẩm và thị trường để các đối tượng định hướng đầu tư R&D.
5. Nhận trách nhiệm này, từ 2017-2019, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Trường Phi, Giám đốc Trung tâm Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm (SatiTech) đã triển khai xây dựng bản đồ công nghệ ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp. Đây là một 25 trong số những bản đồ đầu tiên được tạo ra trong khuôn khổ “Chương trình đổi mới công nghệ Quốc gia đến năm 2020”. Bản đồ được công bố và cập nhật thường xuyên tại địa chỉ: http://bandocongnghe.com.vn/.
6. Với bản đồ ngành cơ khí chế tạo, nhóm nghiên cứu đã kết hợp nhiều phương pháp, bao gồm tổng hợp cơ sở dữ liệu sẵn có, điều tra khảo sát doanh nghiệp, lấy ý kiến 30 chuyên gia và phân tích cơ sở dữ liệu sáng chế liên quan. Họ xây dựng bản đồ theo năm khía cạnh: thiết kế, gia công, xử lý bề mặt, lắp ráp và đo kiểm. Mỗi lĩnh vực công nghệ này sẽ có các lớp công nghệ từ lớp 1 đến 5, trong đó các lớp công nghệ sau là nhánh con của lớp công nghệ trước. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu xây dựng được tổng cộng 195 hồ sơ công nghệ cho ngành cơ khí chế tạo ô tô và 185 hồ sơ công nghệ 35 cho ngành cơ khí chế tạo máy nông nghiệp, sau đó sử dụng các biện pháp lượng hóa để so sánh trình độ công nghệ của Việt Nam với thế giới và minh họa thành các dạng biểu đồ.
7. Theo kết quả nghiên cứu, nhìn chung năng lực công nghệ của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam đang ở mức 60-75% so với thế giới, trong đó có những nhánh công nghệ đã dần tiệm cận (80-85%) mặt bằng chung của quốc tế.
8. Về cơ bản, các công nghệ thiết kế, gia công, xử lý bề mặt đáp ứng tốt khi làm việc với những chi tiết và cụm chi tiết có độ phức tạp ở mức trung bình-khá, tuy nhiên còn hạn chế khi xử lý cụm chi tiết phức tạp hoặc thiết kế tổng thể. Một số ít đơn vị có khả năng gia công các chi tiết có độ phức tạp cao và nội địa hóa hầu hết sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực máy nông nghiệp. Nhân lực Việt Nam có thể sử dụng được các phần mềm thông dụng và một số phần mềm chuyên dụng, nhưng việc thiếu các trang thiết bị và phần mềm bản quyền khiến không ít kỹ sư dù có năng lực giỏi cũng không thể nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm và nâng cao kỹ năng.
9. Đối với công nghệ lắp ráp, các doanh nghiệp trong nước có khả năng làm rất tốt. Phần lớn việc lắp ráp vẫn dựa vào thủ công và ngang bằng với thế giới. Công nghệ lấp ráp trên dây chuyền, sử dụng robot và lắp ráp thông minh đã bắt đầu tiệm cận hơn với những nước phát triển, tuy nhiên do điều kiện tài chính và thị trường nên ít đơn vị ứng dụng chúng.
10. Tuy nhiên, đo kiểm đang là lĩnh vực yếu nhất trong ngành cơ khí. Hiện nay, các đơn 55 vị trong nước chỉ thực hiện đo kiểm chi tiết/cụm chi tiết chứ chưa có đơn vị đo kiểm sản phẩm đầu cuối, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Những tập đoàn lớn như Vinfast vẫn phải gửi sản phẩm hoàn thiện của mình ra nước ngoài để kiểm tra, đo đạc.
(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, “Cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp: Từ bản đồ công nghệ đến lộ trình 10 năm”, Cổng thông tin của 60 Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 15/11/2020)
“Nhà nước cần lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”. Đây là ý kiến của ai?
Theo bài đọc, Chủ tịch Hiệp hội doanh nghiệp cơ 15 khí Việt Nam KS Đào Phan Long đề nghị bên cạnh các cơ chế chính sách ưu đãi, Nhà nước cần “lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”.
1. Cơ khí chế tạo là một trong những ngành quan trọng nhất để một quốc gia công nghiệp hóa và hoàn thiện cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai (điện khí hóa) và thứ ba (“máy tính và tự động hóa”). Nó cung cấp toàn bộ trang thiết bị cho các ngành 10 công nghiệp khác như chế biến nông sản, năng lượng, luyện kim, đóng tàu, xây dựng, thiết bị điện-điện tử, giao thông vận tải và bảo vệ quốc phòng an ninh.
2. Tuy nhiên các chuyên gia trong nước nhận định rằng ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam mới chỉ dừng ở mức “làm gia công” và phần lớn chưa đủ khả năng tự chế tạo một số sản phẩm có sức cạnh tranh quốc tế mang lại giá trị cao. Đa số doanh nghiệp 1 cơ khí trong nước có quy mô nhỏ, trình độ kỹ thuật trung bình, thiếu máy móc hiện đại, chưa làm chủ được công nghệ lõi hoàn chỉnh trong lĩnh vực cơ khí. Do vậy, sản phẩm cơ khí Việt Nam mới đáp ứng được khoảng 32% nhu cầu cơ khí trong nước - SO với mục tiêu 45-50% đến năm 2020 và có rất ít thương hiệu có thể cạnh tranh trên thị trường.
3. Để có nhiều doanh nghiệp mạnh trong nước, Chủ tịch Hiệp hội doanh nghiệp cơ 15 khí Việt Nam KS Đào Phan Long đề nghị bên cạnh các cơ chế chính sách ưu đãi, Nhà nước cần “lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”.
4. Nhưng làm sao để chọn được những sản phẩm chủ lực và công nghệ ưu tiên cho ngành cơ khí chế tạo? Câu trả lời có thể tìm thấy trong Bản đồ Công nghệ - một công cụ cho phép xác định vị thế cạnh tranh và năng lực công nghệ hiện tại, đồng thời có những thông tin về sản phẩm và thị trường để các đối tượng định hướng đầu tư R&D.
5. Nhận trách nhiệm này, từ 2017-2019, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Trường Phi, Giám đốc Trung tâm Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm (SatiTech) đã triển khai xây dựng bản đồ công nghệ ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp. Đây là một 25 trong số những bản đồ đầu tiên được tạo ra trong khuôn khổ “Chương trình đổi mới công nghệ Quốc gia đến năm 2020”. Bản đồ được công bố và cập nhật thường xuyên tại địa chỉ: http://bandocongnghe.com.vn/.
6. Với bản đồ ngành cơ khí chế tạo, nhóm nghiên cứu đã kết hợp nhiều phương pháp, bao gồm tổng hợp cơ sở dữ liệu sẵn có, điều tra khảo sát doanh nghiệp, lấy ý kiến 30 chuyên gia và phân tích cơ sở dữ liệu sáng chế liên quan. Họ xây dựng bản đồ theo năm khía cạnh: thiết kế, gia công, xử lý bề mặt, lắp ráp và đo kiểm. Mỗi lĩnh vực công nghệ này sẽ có các lớp công nghệ từ lớp 1 đến 5, trong đó các lớp công nghệ sau là nhánh con của lớp công nghệ trước. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu xây dựng được tổng cộng 195 hồ sơ công nghệ cho ngành cơ khí chế tạo ô tô và 185 hồ sơ công nghệ 35 cho ngành cơ khí chế tạo máy nông nghiệp, sau đó sử dụng các biện pháp lượng hóa để so sánh trình độ công nghệ của Việt Nam với thế giới và minh họa thành các dạng biểu đồ.
7. Theo kết quả nghiên cứu, nhìn chung năng lực công nghệ của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam đang ở mức 60-75% so với thế giới, trong đó có những nhánh công nghệ đã dần tiệm cận (80-85%) mặt bằng chung của quốc tế.
8. Về cơ bản, các công nghệ thiết kế, gia công, xử lý bề mặt đáp ứng tốt khi làm việc với những chi tiết và cụm chi tiết có độ phức tạp ở mức trung bình-khá, tuy nhiên còn hạn chế khi xử lý cụm chi tiết phức tạp hoặc thiết kế tổng thể. Một số ít đơn vị có khả năng gia công các chi tiết có độ phức tạp cao và nội địa hóa hầu hết sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực máy nông nghiệp. Nhân lực Việt Nam có thể sử dụng được các phần mềm thông dụng và một số phần mềm chuyên dụng, nhưng việc thiếu các trang thiết bị và phần mềm bản quyền khiến không ít kỹ sư dù có năng lực giỏi cũng không thể nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm và nâng cao kỹ năng.
9. Đối với công nghệ lắp ráp, các doanh nghiệp trong nước có khả năng làm rất tốt. Phần lớn việc lắp ráp vẫn dựa vào thủ công và ngang bằng với thế giới. Công nghệ lấp ráp trên dây chuyền, sử dụng robot và lắp ráp thông minh đã bắt đầu tiệm cận hơn với những nước phát triển, tuy nhiên do điều kiện tài chính và thị trường nên ít đơn vị ứng dụng chúng.
10. Tuy nhiên, đo kiểm đang là lĩnh vực yếu nhất trong ngành cơ khí. Hiện nay, các đơn 55 vị trong nước chỉ thực hiện đo kiểm chi tiết/cụm chi tiết chứ chưa có đơn vị đo kiểm sản phẩm đầu cuối, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Những tập đoàn lớn như Vinfast vẫn phải gửi sản phẩm hoàn thiện của mình ra nước ngoài để kiểm tra, đo đạc.
(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, “Cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp: Từ bản đồ công nghệ đến lộ trình 10 năm”, Cổng thông tin của 60 Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 15/11/2020)
Ý nào dưới đây không phải là một khía cạnh của Bản đồ Công nghệ ngành cơ khí chế tạo?
Nhóm nghiên cứu của TS Nguyễn Trường Phi đã xây dựng bản đồ theo năm khía cạnh: thiết kế, gia công, xử lý bề mặt, lắp ráp và đo kiểm.
=> “Thực hành” là nội dung sai.
1. Cơ khí chế tạo là một trong những ngành quan trọng nhất để một quốc gia công nghiệp hóa và hoàn thiện cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai (điện khí hóa) và thứ ba (“máy tính và tự động hóa”). Nó cung cấp toàn bộ trang thiết bị cho các ngành 10 công nghiệp khác như chế biến nông sản, năng lượng, luyện kim, đóng tàu, xây dựng, thiết bị điện-điện tử, giao thông vận tải và bảo vệ quốc phòng an ninh.
2. Tuy nhiên các chuyên gia trong nước nhận định rằng ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam mới chỉ dừng ở mức “làm gia công” và phần lớn chưa đủ khả năng tự chế tạo một số sản phẩm có sức cạnh tranh quốc tế mang lại giá trị cao. Đa số doanh nghiệp 1 cơ khí trong nước có quy mô nhỏ, trình độ kỹ thuật trung bình, thiếu máy móc hiện đại, chưa làm chủ được công nghệ lõi hoàn chỉnh trong lĩnh vực cơ khí. Do vậy, sản phẩm cơ khí Việt Nam mới đáp ứng được khoảng 32% nhu cầu cơ khí trong nước - SO với mục tiêu 45-50% đến năm 2020 và có rất ít thương hiệu có thể cạnh tranh trên thị trường.
3. Để có nhiều doanh nghiệp mạnh trong nước, Chủ tịch Hiệp hội doanh nghiệp cơ 15 khí Việt Nam KS Đào Phan Long đề nghị bên cạnh các cơ chế chính sách ưu đãi, Nhà nước cần “lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”.
4. Nhưng làm sao để chọn được những sản phẩm chủ lực và công nghệ ưu tiên cho ngành cơ khí chế tạo? Câu trả lời có thể tìm thấy trong Bản đồ Công nghệ - một công cụ cho phép xác định vị thế cạnh tranh và năng lực công nghệ hiện tại, đồng thời có những thông tin về sản phẩm và thị trường để các đối tượng định hướng đầu tư R&D.
5. Nhận trách nhiệm này, từ 2017-2019, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Trường Phi, Giám đốc Trung tâm Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm (SatiTech) đã triển khai xây dựng bản đồ công nghệ ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp. Đây là một 25 trong số những bản đồ đầu tiên được tạo ra trong khuôn khổ “Chương trình đổi mới công nghệ Quốc gia đến năm 2020”. Bản đồ được công bố và cập nhật thường xuyên tại địa chỉ: http://bandocongnghe.com.vn/.
6. Với bản đồ ngành cơ khí chế tạo, nhóm nghiên cứu đã kết hợp nhiều phương pháp, bao gồm tổng hợp cơ sở dữ liệu sẵn có, điều tra khảo sát doanh nghiệp, lấy ý kiến 30 chuyên gia và phân tích cơ sở dữ liệu sáng chế liên quan. Họ xây dựng bản đồ theo năm khía cạnh: thiết kế, gia công, xử lý bề mặt, lắp ráp và đo kiểm. Mỗi lĩnh vực công nghệ này sẽ có các lớp công nghệ từ lớp 1 đến 5, trong đó các lớp công nghệ sau là nhánh con của lớp công nghệ trước. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu xây dựng được tổng cộng 195 hồ sơ công nghệ cho ngành cơ khí chế tạo ô tô và 185 hồ sơ công nghệ 35 cho ngành cơ khí chế tạo máy nông nghiệp, sau đó sử dụng các biện pháp lượng hóa để so sánh trình độ công nghệ của Việt Nam với thế giới và minh họa thành các dạng biểu đồ.
7. Theo kết quả nghiên cứu, nhìn chung năng lực công nghệ của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam đang ở mức 60-75% so với thế giới, trong đó có những nhánh công nghệ đã dần tiệm cận (80-85%) mặt bằng chung của quốc tế.
8. Về cơ bản, các công nghệ thiết kế, gia công, xử lý bề mặt đáp ứng tốt khi làm việc với những chi tiết và cụm chi tiết có độ phức tạp ở mức trung bình-khá, tuy nhiên còn hạn chế khi xử lý cụm chi tiết phức tạp hoặc thiết kế tổng thể. Một số ít đơn vị có khả năng gia công các chi tiết có độ phức tạp cao và nội địa hóa hầu hết sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực máy nông nghiệp. Nhân lực Việt Nam có thể sử dụng được các phần mềm thông dụng và một số phần mềm chuyên dụng, nhưng việc thiếu các trang thiết bị và phần mềm bản quyền khiến không ít kỹ sư dù có năng lực giỏi cũng không thể nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm và nâng cao kỹ năng.
9. Đối với công nghệ lắp ráp, các doanh nghiệp trong nước có khả năng làm rất tốt. Phần lớn việc lắp ráp vẫn dựa vào thủ công và ngang bằng với thế giới. Công nghệ lấp ráp trên dây chuyền, sử dụng robot và lắp ráp thông minh đã bắt đầu tiệm cận hơn với những nước phát triển, tuy nhiên do điều kiện tài chính và thị trường nên ít đơn vị ứng dụng chúng.
10. Tuy nhiên, đo kiểm đang là lĩnh vực yếu nhất trong ngành cơ khí. Hiện nay, các đơn 55 vị trong nước chỉ thực hiện đo kiểm chi tiết/cụm chi tiết chứ chưa có đơn vị đo kiểm sản phẩm đầu cuối, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Những tập đoàn lớn như Vinfast vẫn phải gửi sản phẩm hoàn thiện của mình ra nước ngoài để kiểm tra, đo đạc.
(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, “Cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp: Từ bản đồ công nghệ đến lộ trình 10 năm”, Cổng thông tin của 60 Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 15/11/2020)
Từ đoạn 7, chúng ta có thể rút ra kết luận gì?, năng lực công nghệ chung của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam?
Từ đoạn 7, chúng ta có thể rút ra kết luận: Năng lực công nghệ chung của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam vẫn còn thua kém hơn thế giới.
1. Cơ khí chế tạo là một trong những ngành quan trọng nhất để một quốc gia công nghiệp hóa và hoàn thiện cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai (điện khí hóa) và thứ ba (“máy tính và tự động hóa”). Nó cung cấp toàn bộ trang thiết bị cho các ngành 10 công nghiệp khác như chế biến nông sản, năng lượng, luyện kim, đóng tàu, xây dựng, thiết bị điện-điện tử, giao thông vận tải và bảo vệ quốc phòng an ninh.
2. Tuy nhiên các chuyên gia trong nước nhận định rằng ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam mới chỉ dừng ở mức “làm gia công” và phần lớn chưa đủ khả năng tự chế tạo một số sản phẩm có sức cạnh tranh quốc tế mang lại giá trị cao. Đa số doanh nghiệp 1 cơ khí trong nước có quy mô nhỏ, trình độ kỹ thuật trung bình, thiếu máy móc hiện đại, chưa làm chủ được công nghệ lõi hoàn chỉnh trong lĩnh vực cơ khí. Do vậy, sản phẩm cơ khí Việt Nam mới đáp ứng được khoảng 32% nhu cầu cơ khí trong nước - SO với mục tiêu 45-50% đến năm 2020 và có rất ít thương hiệu có thể cạnh tranh trên thị trường.
3. Để có nhiều doanh nghiệp mạnh trong nước, Chủ tịch Hiệp hội doanh nghiệp cơ 15 khí Việt Nam KS Đào Phan Long đề nghị bên cạnh các cơ chế chính sách ưu đãi, Nhà nước cần “lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”.
4. Nhưng làm sao để chọn được những sản phẩm chủ lực và công nghệ ưu tiên cho ngành cơ khí chế tạo? Câu trả lời có thể tìm thấy trong Bản đồ Công nghệ - một công cụ cho phép xác định vị thế cạnh tranh và năng lực công nghệ hiện tại, đồng thời có những thông tin về sản phẩm và thị trường để các đối tượng định hướng đầu tư R&D.
5. Nhận trách nhiệm này, từ 2017-2019, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Trường Phi, Giám đốc Trung tâm Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm (SatiTech) đã triển khai xây dựng bản đồ công nghệ ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp. Đây là một 25 trong số những bản đồ đầu tiên được tạo ra trong khuôn khổ “Chương trình đổi mới công nghệ Quốc gia đến năm 2020”. Bản đồ được công bố và cập nhật thường xuyên tại địa chỉ: http://bandocongnghe.com.vn/.
6. Với bản đồ ngành cơ khí chế tạo, nhóm nghiên cứu đã kết hợp nhiều phương pháp, bao gồm tổng hợp cơ sở dữ liệu sẵn có, điều tra khảo sát doanh nghiệp, lấy ý kiến 30 chuyên gia và phân tích cơ sở dữ liệu sáng chế liên quan. Họ xây dựng bản đồ theo năm khía cạnh: thiết kế, gia công, xử lý bề mặt, lắp ráp và đo kiểm. Mỗi lĩnh vực công nghệ này sẽ có các lớp công nghệ từ lớp 1 đến 5, trong đó các lớp công nghệ sau là nhánh con của lớp công nghệ trước. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu xây dựng được tổng cộng 195 hồ sơ công nghệ cho ngành cơ khí chế tạo ô tô và 185 hồ sơ công nghệ 35 cho ngành cơ khí chế tạo máy nông nghiệp, sau đó sử dụng các biện pháp lượng hóa để so sánh trình độ công nghệ của Việt Nam với thế giới và minh họa thành các dạng biểu đồ.
7. Theo kết quả nghiên cứu, nhìn chung năng lực công nghệ của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam đang ở mức 60-75% so với thế giới, trong đó có những nhánh công nghệ đã dần tiệm cận (80-85%) mặt bằng chung của quốc tế.
8. Về cơ bản, các công nghệ thiết kế, gia công, xử lý bề mặt đáp ứng tốt khi làm việc với những chi tiết và cụm chi tiết có độ phức tạp ở mức trung bình-khá, tuy nhiên còn hạn chế khi xử lý cụm chi tiết phức tạp hoặc thiết kế tổng thể. Một số ít đơn vị có khả năng gia công các chi tiết có độ phức tạp cao và nội địa hóa hầu hết sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực máy nông nghiệp. Nhân lực Việt Nam có thể sử dụng được các phần mềm thông dụng và một số phần mềm chuyên dụng, nhưng việc thiếu các trang thiết bị và phần mềm bản quyền khiến không ít kỹ sư dù có năng lực giỏi cũng không thể nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm và nâng cao kỹ năng.
9. Đối với công nghệ lắp ráp, các doanh nghiệp trong nước có khả năng làm rất tốt. Phần lớn việc lắp ráp vẫn dựa vào thủ công và ngang bằng với thế giới. Công nghệ lấp ráp trên dây chuyền, sử dụng robot và lắp ráp thông minh đã bắt đầu tiệm cận hơn với những nước phát triển, tuy nhiên do điều kiện tài chính và thị trường nên ít đơn vị ứng dụng chúng.
10. Tuy nhiên, đo kiểm đang là lĩnh vực yếu nhất trong ngành cơ khí. Hiện nay, các đơn 55 vị trong nước chỉ thực hiện đo kiểm chi tiết/cụm chi tiết chứ chưa có đơn vị đo kiểm sản phẩm đầu cuối, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Những tập đoàn lớn như Vinfast vẫn phải gửi sản phẩm hoàn thiện của mình ra nước ngoài để kiểm tra, đo đạc.
(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, “Cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp: Từ bản đồ công nghệ đến lộ trình 10 năm”, Cổng thông tin của 60 Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 15/11/2020)
Nội dung chính của đoạn 9 là gì?
Nội dung chính: Trình độ công nghệ thiết kế, gia công, xử lý bề mặt tại Việt Nam.
1. Cơ khí chế tạo là một trong những ngành quan trọng nhất để một quốc gia công nghiệp hóa và hoàn thiện cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai (điện khí hóa) và thứ ba (“máy tính và tự động hóa”). Nó cung cấp toàn bộ trang thiết bị cho các ngành 10 công nghiệp khác như chế biến nông sản, năng lượng, luyện kim, đóng tàu, xây dựng, thiết bị điện-điện tử, giao thông vận tải và bảo vệ quốc phòng an ninh.
2. Tuy nhiên các chuyên gia trong nước nhận định rằng ngành cơ khí chế tạo của Việt Nam mới chỉ dừng ở mức “làm gia công” và phần lớn chưa đủ khả năng tự chế tạo một số sản phẩm có sức cạnh tranh quốc tế mang lại giá trị cao. Đa số doanh nghiệp 1 cơ khí trong nước có quy mô nhỏ, trình độ kỹ thuật trung bình, thiếu máy móc hiện đại, chưa làm chủ được công nghệ lõi hoàn chỉnh trong lĩnh vực cơ khí. Do vậy, sản phẩm cơ khí Việt Nam mới đáp ứng được khoảng 32% nhu cầu cơ khí trong nước - SO với mục tiêu 45-50% đến năm 2020 và có rất ít thương hiệu có thể cạnh tranh trên thị trường.
3. Để có nhiều doanh nghiệp mạnh trong nước, Chủ tịch Hiệp hội doanh nghiệp cơ 15 khí Việt Nam KS Đào Phan Long đề nghị bên cạnh các cơ chế chính sách ưu đãi, Nhà nước cần “lựa chọn một số sản phẩm, phân ngành cơ khí mà Việt Nam có thế mạnh về thị trường và năng lực sản xuất để đầu tư phát triển”.
4. Nhưng làm sao để chọn được những sản phẩm chủ lực và công nghệ ưu tiên cho ngành cơ khí chế tạo? Câu trả lời có thể tìm thấy trong Bản đồ Công nghệ - một công cụ cho phép xác định vị thế cạnh tranh và năng lực công nghệ hiện tại, đồng thời có những thông tin về sản phẩm và thị trường để các đối tượng định hướng đầu tư R&D.
5. Nhận trách nhiệm này, từ 2017-2019, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Trường Phi, Giám đốc Trung tâm Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm (SatiTech) đã triển khai xây dựng bản đồ công nghệ ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp. Đây là một 25 trong số những bản đồ đầu tiên được tạo ra trong khuôn khổ “Chương trình đổi mới công nghệ Quốc gia đến năm 2020”. Bản đồ được công bố và cập nhật thường xuyên tại địa chỉ: http://bandocongnghe.com.vn/.
6. Với bản đồ ngành cơ khí chế tạo, nhóm nghiên cứu đã kết hợp nhiều phương pháp, bao gồm tổng hợp cơ sở dữ liệu sẵn có, điều tra khảo sát doanh nghiệp, lấy ý kiến 30 chuyên gia và phân tích cơ sở dữ liệu sáng chế liên quan. Họ xây dựng bản đồ theo năm khía cạnh: thiết kế, gia công, xử lý bề mặt, lắp ráp và đo kiểm. Mỗi lĩnh vực công nghệ này sẽ có các lớp công nghệ từ lớp 1 đến 5, trong đó các lớp công nghệ sau là nhánh con của lớp công nghệ trước. Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu xây dựng được tổng cộng 195 hồ sơ công nghệ cho ngành cơ khí chế tạo ô tô và 185 hồ sơ công nghệ 35 cho ngành cơ khí chế tạo máy nông nghiệp, sau đó sử dụng các biện pháp lượng hóa để so sánh trình độ công nghệ của Việt Nam với thế giới và minh họa thành các dạng biểu đồ.
7. Theo kết quả nghiên cứu, nhìn chung năng lực công nghệ của ngành cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp của Việt Nam đang ở mức 60-75% so với thế giới, trong đó có những nhánh công nghệ đã dần tiệm cận (80-85%) mặt bằng chung của quốc tế.
8. Về cơ bản, các công nghệ thiết kế, gia công, xử lý bề mặt đáp ứng tốt khi làm việc với những chi tiết và cụm chi tiết có độ phức tạp ở mức trung bình-khá, tuy nhiên còn hạn chế khi xử lý cụm chi tiết phức tạp hoặc thiết kế tổng thể. Một số ít đơn vị có khả năng gia công các chi tiết có độ phức tạp cao và nội địa hóa hầu hết sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực máy nông nghiệp. Nhân lực Việt Nam có thể sử dụng được các phần mềm thông dụng và một số phần mềm chuyên dụng, nhưng việc thiếu các trang thiết bị và phần mềm bản quyền khiến không ít kỹ sư dù có năng lực giỏi cũng không thể nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm và nâng cao kỹ năng.
9. Đối với công nghệ lắp ráp, các doanh nghiệp trong nước có khả năng làm rất tốt. Phần lớn việc lắp ráp vẫn dựa vào thủ công và ngang bằng với thế giới. Công nghệ lấp ráp trên dây chuyền, sử dụng robot và lắp ráp thông minh đã bắt đầu tiệm cận hơn với những nước phát triển, tuy nhiên do điều kiện tài chính và thị trường nên ít đơn vị ứng dụng chúng.
10. Tuy nhiên, đo kiểm đang là lĩnh vực yếu nhất trong ngành cơ khí. Hiện nay, các đơn 55 vị trong nước chỉ thực hiện đo kiểm chi tiết/cụm chi tiết chứ chưa có đơn vị đo kiểm sản phẩm đầu cuối, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Những tập đoàn lớn như Vinfast vẫn phải gửi sản phẩm hoàn thiện của mình ra nước ngoài để kiểm tra, đo đạc.
(Theo Bộ Khoa học và Công nghệ, “Cơ khí chế tạo ô tô và máy nông nghiệp: Từ bản đồ công nghệ đến lộ trình 10 năm”, Cổng thông tin của 60 Văn phòng các chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia, ngày 15/11/2020)
Theo bài đọc, phân ngành phát triển nhất của công nghiệp cơ khí chế tạo Việt Nam là:
Lắp ráp là ngành phát triển nhất của công nghiệp cơ khí chế tạo tại Việt Nam.
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Đâu là nhận xét đúng về vấn đề năng lượng toàn cầu?
Nguồn tài nguyên năng lượng trên thế giới đang dần cạn kiệt.
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Theo văn bản, tổ chức nào đã thúc đẩy sự hình thành Liên minh năng lượng?
Theo văn bản, tổ chức EC đã thúc đẩy sự hình thành Liên minh năng lượng
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Các nguồn năng lượng sạch và bền vững do các nhà khoa học nghiên cứu phải giải quyết vấn đề gì?
Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính.
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Theo văn bản, đâu là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học?
Theo văn bản, đâu là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học là chuyển đổi quang hóa CO2 thành nhiên liệu.
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO2 và nước thành?
Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO2 và nước thành glucose.
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng thứ gì để thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật?
Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng hạt nano vàng để thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Theo nghiên cứu của văn bản trên, các nhà khoa học đã tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách nào?
Theo nghiên cứu của văn bản trên, các nhà khoa học đã tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác.
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Trường Đại học nào đã được nhắc tới trong việc tạo ra thành quả nghiên cứu của văn bản trên?
Trường Illinois đã được nhắc tới trong văn bản trên
Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:
Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo
(1) Nhân loại đang phải đối mặt với vấn đề khủng hoảng năng lượng: nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, những túi dầu trong lòng đất đang vơi đi một cách không kiểm soát, phát triển năng lượng hạt nhân gặp phải những vấn đề về nguy cơ mất an toàn... Cùng với đó là phát thải khí nhà kính gia tăng ở mức báo động, trở thành mối nguy hại lớn và hiểm họa khôn lường (gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu, khí hậu diễn biến không theo quy luật, những hiện tượng thời tiết cực đoan gia tăng mạnh mẽ...). An ninh năng lượng và phát triển bền vững đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với loài người. Những hệ lụy là vô cùng lớn, quyết định sự tồn vong của Trái đất.
(2) Từ năm 1970, thế giới đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu năng lượng, trong đó nguồn cung cấp chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch và sản xuất điện tập trung. Nhưng dự kiến bức tranh về năng lượng tương lai sẽ rất khác. Hiện tại, cuộc chiến về sản lượng trên thị trường dầu mỏ ở Trung Đông đã đẩy giá năng lượng đè nặng lên vai người dân. Những ông lớn trong ngành năng lượng đang sử dụng nguồn cung năng lượng như vũ khí trong cuộc chiến thương mại toàn cầu khi sự phụ thuộc của các quốc gia vào dầu mỏ, khí đốt ngày càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Nga, Mỹ, EU và những quốc gia khác đang cố gắng tối đa sức ảnh hưởng và tác động chính trị của mình lên cán cân năng lượng toàn cầu. Chính vì vậy, Ủy ban châu Âu (EC) đã thúc đẩy sự hình thành một Liên minh năng lượng cho sự phối hợp các chính sách năng lượng bao gồm cả việc tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải CO 2 cho đến việc đa dạng hóa nguồn cung an ninh năng lượng.
(3) Cùng với cuộc chiến năng lượng, một vấn đề khác đe dọa trực tiếp mối an nguy và phát triển bền vững của nhân loại chính là việc phát thải khí nhà kính đang ngày càng gia tăng - là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng ấm lên toàn cầu. Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc tăng cường phát thải khí nhà kính. Hiện tốc độ giải phóng CO 2 tiếp tục tăng nhanh do các hoạt động công nghiệp của con người và cả do những nguyên nhân của ấm lên toàn cầu như băng tan, khí nhà kính giải phóng từ lòng đất... Một nghiên cứu của Viện Hải dương học NOAA (Mỹ) đã cho thấy, CO 2 trong khí quyển tiếp tục tăng nhanh vào năm 2019 với mức trung bình trong tháng 5 đạt đỉnh 414,7 ppm, đây là chỉ số cao nhất theo mùa được ghi nhận trong 61 năm quan sát trên đỉnh núi lửa lớn nhất Hawaii. Giá trị đỉnh năm 2019 cao hơn 3,5 ppm so với đỉnh 411,2 ppm vào tháng 5/2018, đánh dấu bước nhảy hàng năm cao thứ hai trong lịch sử.
(4) Những vấn đề nêu trên đã đặt ra yêu cầu về chiến lược phát triển bền vững trong tương lai là phải đáp ứng được mục tiêu lâu dài về năng lượng và khí hậu. Xuất phát từ đó, nhằm biến thách thức thành cơ hội, các nhà khoa học khắp thế giới đang nỗ lực nghiên cứu tạo ra các nguồn năng lượng sạch và bền vững. Những nguồn năng lượng này phải giải quyết được bài toán 2 trong 1, tức là vừa tái tạo nguồn năng lượng, vừa giảm phát thải khí nhà kính. Bởi vậy, mục tiêu lớn nhất mà các nhà khoa học đặt ra là biến tài nguyên CO 2 dư thừa trong khí quyển và nguồn năng lượng mặt trời vô tận thành nguồn nhiên liệu phục vụ các hoạt động của cuộc sống.
(5) Chuyển đổi quang hóa CO 2 thành nhiên liệu được các nhà khoa học kỳ vọng là giải pháp đột phá để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng các kiên kết hóa học. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay mà chúng ta chưa thể vượt qua đó là hydrocarbon có giá trị năng lượng cao hiếm khi được tạo ra theo phương pháp truyền thống vì những thách thức động học.
(6) Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để điều khiển các phản ứng hóa học giữa nước và CO 2 . Khi những tia nắng mặt trời chạm vào lá cây sẽ kích thích các điện tử (electron) trong chất diệp lục. Những điện tử bị kích thích khi nhận được năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học biến đổi CO 2 và nước thành glucose. Nhiều phát minh mang tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nhờ việc chúng ta bắt chước tự nhiên. Không nằm ngoài những phát hiện quan trọng đó, các nhà khoa học đã học hỏi chính những “người thầy thực vật” để làm một công việc có ích. Theo đó, trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature , các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã tạo ra bước đột phá trong việc chuyển đổi CO 2 dư thừa trong khí quyển thành các nguồn năng lượng hữu ích cho cuộc sống.
(7) Các nhà khoa học của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano vàng (Au) để thay thế cho chất diệp lục - một sắc tố hoạt động như một chất xúc tác trong quang hợp tự nhiên, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học ở thực vật. Có thể nói, đây là một bước tiến lớn, hướng tới việc xây dựng một hệ thống tái chế carbon, trong đó tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi hiệu quả CO 2 và nước thành nhiên liệu lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hệ thống thực hiện phản ứng, giờ đây họ có thể điều khiển các phản ứng hóa học hai electron để tăng tính hiệu quả về mặt năng lượng.
(8) Mục tiêu ở đây là sản xuất các hydrocacbon phức, hóa lỏng từ CO 2 dư thừa và các tài nguyên bền vững khác như ánh sáng mặt trời. Nhiên liệu lỏng là lý tưởng vì chúng dễ vận chuyển, an toàn và tiết kiệm hơn so với khí đốt. Hơn nữa, chúng được tạo ra từ các phân tử chuỗi dài chứa nhiều liên kết hơn, có nghĩa là chúng lưu trữ năng lượng nhiều hơn. Nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois do GS P.K. Jain dẫn đầu đã phát triển một quy trình nhân tạo, sử dụng cùng một phần ánh sáng xanh lục của phổ ánh sáng được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp tự nhiên để chuyển CO 2 và nước thành nhiên liệu, với Sungju Yu (bên phải) và P.K. Jain - các tác giả của công trình. chất xúc tác là các hạt nano vàng giàu điện tử.
(9) Trong quang hợp, thực vật chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành glucose bằng cách sắp xếp lại các phân tử nước và CO 2 . Quá trình mới bắt chước khả năng tự nhiên này thông qua các thao tác hóa học tạo ra nhiên liệu lỏng mà không cần chất diệp lục. Nhưng thay vì dựa vào các sắc tố thực vật có khả năng phân hủy sinh học để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp tốt hơn, đó là phát triển quang hợp nhân tạo, tạo ra các hydrocacbon năng lượng cao bằng cách tận dụng các hạt nano vàng giàu electron có kích thước 13-14 nanomet làm chất xúc tác. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chọn sử dụng các chất xúc tác kim loại để hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển các electron và proton cần thiết cho các phản ứng hóa học giữa CO 2 và nước. Các hạt nano vàng hoạt động đặc biệt tốt như một chất xúc tác vì bề mặt của chúng tương tác thuận lợi với các phân tử CO 2 , tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng và không bị phá vỡ hoặc biến chất như các kim loại khác.
(10) Nghiên cứu mới này đã tạo ra bước tiến xa hơn khi chuyển CO 2 thành các phân tử nhiên liệu hydrocarbon phức tạp (bao gồm propan và metan) được tổng hợp bằng cách kết hợp ánh sáng xanh với các hạt nano vàng trong chất lỏng ion. Ngoài propan và metan, phương pháp này cũng cho phép tạo ra ethylene, acetylene và propene. Đây là những nguyên liệu quan trọng mà một ngày nào đó cho phép lưu trữ năng lượng khả thi dùng trong pin nhiên liệu.
(11) Như vậy, bằng cách chuyển đổi CO 2 thành các phân tử phức tạp hơn như propan, công nghệ năng lượng xanh hiện đã tiến một bước gần hơn đến việc sử dụng CO 2 dư thừa để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng liên kết hóa học. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng vào những lúc không có ánh sáng mặt trời hoặc vào thời điểm nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.
(12) Có thể nói, thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Illinois đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường. Tuy nhiên, theo đánh giá của cộng đồng các nhà khoa học trong lĩnh vực này thì còn rất nhiều việc phải làm phía trước để công nghệ này sẵn sàng được sử dụng và nhân rộng, đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
(Nguồn: “Sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo”, Nguyễn Đức Minh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 10, năm 2019)
Việc nghiên cứu sản xuất nhiên liệu từ quang hợp nhân tạo giải quyết bài toán về vấn đề gì?
Nghiên cứu đã tạo ra bước đột phá, mở ra triển vọng mới trong việc giải quyết bài toán khủng hoảng năng lượng và an ninh môi trường.
