Nghiên cứu dựa trên nguyên tắc của chu trình nhiệt hóa học, một thuật ngữ bao gồm cả quá trình chuyển đổi hóa học theo chu kỳ và nhiệt năng cần thiết cho chuyển đổi. Cách đây chục năm, các nhà nghiên cứu đã chứng minh khả năng chuyển đổi vật chất năng lượng thấp như nước và CO2 vào vật liệu giàu năng lượng như hydro và carbon monoxide. Quá trình này được thực hiện với sự có mặt của một số vật liệu như oxit xeri, kết hợp của kim loại xeri với oxy. Khi chịu nhiệt độ rất cao trên 1500°C, xeri oxit mất một số nguyên tử oxy. Ở nhiệt độ thấp hơn, vật liệu bị mất nguyên tử này tập trung giành lại các nguyên tử oxy. Nếu các phân tử nước và CO2 được định hướng kích hoạt như vậy, chúng giải phóng các nguyên tử oxy (ký hiệu hóa học: O). Nước (H2O) được chuyển thành khí hydro (H2), và carbon dioxide (CO2) biến thành carbon monoxide (CO), trong khi các xeri tái oxy hóa thiết lập các điều kiện tiên quyết cho chu kỳ xeri oxit để bắt đầu lại toàn bộ chu trình.

Các hydro và CO tạo ra trong quá trình này có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu: đặc biệt, hydrocarbon khí hoặc lỏng như methane, xăng và dầu diesel. Những nhiên liệu này thể được sử dụng trực tiếp mà còn có thể được lưu trữ trong các thùng chứa hoặc đưa vào lưới khí tự nhiên.

Bằng cách phát triển một loại vật liệu cho phép trực tiếp sản xuất nhiên liệu chỉ trong một quá trình, phương pháp tiếp cận mới được phát triển bởi Ivo Alxneit – giáo sư tại Viện Paul Scherrer và các đồng nghiệp của ông kết hợp với quy trình Fischer-Tropsch. Điều này đã được thực hiện bằng cách thêm một lượng nhỏ rhodium vào oxit xeri. Rhodium là một chất xúc tác hỗ trợ các phản ứng hóa học nhất định. Nó thỉnh thoảng được biết đến là Rhodium cho phép phản ứng với hydro, CO và CO2.

"Chất xúc tác là một chủ đề nghiên cứu quan trọng cho việc sản xuất các nhiên liệu năng lượng mặt trời," Alxneit nói. Thách thức rất lớn là phải kiểm soát các điều kiện nghiêm ngặt cho các phản ứng hóa học và phát triển một loại vật liệu xúc tác có khả năng chịu quá trình kích hoạt ở 1500°C. 

Sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn khác nhau về cấu trúc và phân tích khí, các nhà nghiên cứu làm việc tại phòng thí nghiệm tại PSI và ETH tại Zurich đã kiểm tra hợp chất xeri-rhodium, tìm hiểu việc giảm công việc của oxit xeri và cách sản xuất mê tan thành công.

Trong thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu lưu trữ đơn giản bằng cách sử dụng một lò hiệu suất cao tại ETH ở vị trí có năng lượng mặt trời. "Trong giai đoạn thử nghiệm, các nguồn nhiệt năng thực tế là không quan trọng," Matthäus Rothensteiner, Tiến sỹ tại PSI và ETH Zurich chịu trách nhiệm các thí nghiệm này giải thích.

Jeroen van Bokhoven, người đứng đầu phòng thí nghiệmXúc tác và Hóa học bền vững của PSI và giáo sư về Xúc tác Heterogeneous tại ETH Zurich cho biết thêm: "Những thí nghiệm này cho phép chúng tôi có được những hiểu biết có giá trị vào sự ổn định lâu dài của chất xúc tác. Lò hiệu suất cao cho phép chúng tôi thực hiện 59 chu kỳ. Nguyên liệu đã thoải mái sống sót thử nghiệm độ bền đầu tiên của mình. "Sau khi chứng minh rằng quy trình của họ là khả thi về mặt nguyên tắc, đã đến lúc các nhà nghiên cứu tối ưu hóa quy trình.