22:21 - 20/01/2023
Điện tuyết bắt đầu đến bên… em
Vào mùa đông, một phần ba diện tích địa cầu bị tuyết bao phủ. Bên cạnh hai nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất là điện mặt trời và điện gió, các nhà khoa học Nhật Bản và Mỹ bắt đầu các thử nghiệm khác nhau để sản xuất năng lượng từ tuyết.
Tuy vậy, các thử nghiệm của họ đều khởi nguồn từ các nguyên lý khoa học khác nhau. Khả năng áp dụng thực tế và thành công vì thế cũng khác nhau.
Nguồn năng lượng mới
Thành phố Aomori ở phía Bắc Nhật Bản tin rằng họ có thể khai thác một nguồn tài nguyên mới thường bị bỏ qua này. Cùng với startup Forte ở địa phương và Đại học Truyền thông Điện tử ở Tokyo, Aomori bắt đầu tiến hành thử nghiệm từ tháng 12 rồi đến tháng 3/2023.
Thành phố dùng máy cày để dọn tuyết xuống một hồ bơi của một trường học đóng cửa vào mùa đông. Điện được tạo ra bằng cách sử dụng chênh lệch nhiệt độ giữa tuyết và không khí bên ngoài.
Các ống truyền nhiệt sẽ được đặt trong tuyết, nguồn cung cấp không khí lạnh. Trong khi đó, không khí bên ngoài do mặt trời sưởi ấm sẽ có nhiệt độ cao hơn. Sự khác biệt về nhiệt độ này sẽ tạo ra dòng đối lưu trong chất làm mát bên trong turbin. Dòng đối lưu làm quay turbin và sản xuất ra điện năng.
Koji Enoki, phó giáo sư tại Đại học Truyền thông Điện tử, đã phát triển hệ thống này. Người ta ước tính rằng quá trình này có thể sản xuất điện năng hiệu quả như năng lượng mặt trời.
Năng lượng từ tuyết được cho là sẽ có chi phí thấp hơn. Tương tự, hãng tàu biển Mitsui O.S.K. Lines (MOL) của Nhật Bản cũng có kế hoạch thương mại hóa một hệ thống tạo ra điện bằng cách sử dụng chênh lệch nhiệt độ giữa nước trên bề mặt và các tầng đáy đại dương.
MOL đặt mục tiêu tạo ra điện với chi phí khoảng 20 yen (14 xu Mỹ) mỗi kWh vào năm 2025. Mức giá này sẽ thấp hơn chi phí điện gió ngoài khơi và nhiệt điện chạy bằng dầu vào năm 2030 – theo ước tính của Bộ Kinh tế, thương mại và công nghiệp Nhật Bản (METI).
Quá trình sản xuất điện tuyết có thuận lợi là chênh lệch nhiệt độ lớn hơn so với sản xuất năng lượng đại dương. Do đó, chi phí điện tuyết có khả năng thấp hơn.
Nhiều doanh nghiệp và địa phương ở Nhật Bản còn có các kế hoạch khai thác nhiệt từ suối nước nóng để tạo ra các biến thể nhiệt độ lớn hơn nữa. Có rất nhiều khu nghỉ dưỡng suối nước nóng ở vùng đông bắc ở những khu vực có nhiều tuyết rơi. Một trong số đó là suối nước nóng Sukayu ở Aomori. “Sự khác biệt về nhiệt độ càng lớn thì hiệu suất phát điện càng cao”, Giáo sư Enoki nói.
Các nhà trọ suối nước nóng có thể thu hút khách trong trào lưu giảm thiểu phát thải carbon khi quảng cáo rằng họ sử dụng điện tuyết. Một đại điện của chính quyền Aomori nói rằng điện tuyết có thể giúp hình thành mô hình kinh doanh mới.
Aomori chi hàng chục triệu đô la mỗi năm để dọn tuyết trên đường và đem đổ xuống biển. Nếu năng lượng từ tuyết trở nên khả thi, các nhà xưởng lớn có thể dành thêm không gian để chứa tuyết được dọn từ mái nhà, bên đường. Các nhà xưởng này giờ có thêm công năng sản xuất điện trong mùa đông. Trong thử nghiệm tại Aomori, các hệ thống điện tuyết riêng biệt sẽ được phát triển cho các doanh nghiệp và hộ gia đình.
Chủ tịch Jun Kasai của Forte nói rằng: “Chúng tôi sẽ tạo ra các thiết bị cho các doanh nghiệp nhỏ, hộ gia đình, giống như sản xuất điện mặt trời”. Việc áp dụng rộng rãi máy phát điện tuyết sẽ giảm bớt các vấn đề về cung cấp điện trong mùa đông.
Năng lượng tuyết được cho là ít tác động đến môi trường hơn các dạng năng lượng tái tạo khác. Ngành điện lực Kansai đã hủy kế hoạch xây dựng một trang trại gió vào tháng 7 vì nó sẽ nằm gần một công viên quốc gia. Các tấm pin mặt trời cũng có thể gây ô nhiễm môi trường khi hết hạn sử dụng. Tuy vậy, khi tuyết tan chỉ thành nước thiên nhiên thông thường.
Ông Kasai có ý nghĩ sử dụng tuyết để tạo ra điện sau khi biết một startup ở châu Âu sử dụng cát để sản xuất điện. Ông nói hệ thống điện tuyết mới có thể mang lại giải pháp cho các nước châu Âu đang đối mặt với cuộc khủng hoảng năng lượng do hậu quả của cuộc chiến ở Ukraine. “Tôi tìm cách cung cấp năng lượng cho các khu vực lạnh hơn ở châu Âu và các nơi khác với phương pháp sản xuất năng lượng tái tạo chi phí thấp và chi phí triển khai hợp lý”.
Cộng lực cho điện mặt trời
Tháng 8/2019, trên tạp chí khoa học Nano Energy, hai nhà khoa học Maher El-Kady và Richard Kaner thuộc Đại học UCLA của Mỹ công bố phát minh về snow-TENG – một thiết bị đơn giản, linh hoạt và rẻ tiền có thể tạo ra điện từ tuyết.
Nước (H2O) là một phân tử phân cực, nghĩa là một trong các mặt sẽ tích điện âm (cụ thể là mặt có nguyên tử oxy) và mặt kia mang điện tích dương (mặt có hai nguyên tử hydro). Khi các phân tử nước kết tinh thành bông tuyết, chúng sẽ tự định hướng sao cho bông tuyết nhận được điện tích tổng thể. Lực ma sát cũng có thể truyền điện tích cho các bông tuyết.
Bản chất chính xác của điện tích phụ thuộc vào nhiệt độ: Trong khoảng từ -5°C đến -10°C, điện tích có xu hướng dương và từ -15°C đến -20°C thì điện tích có xu hướng âm.
“Tuyết đã được tích điện sẵn. Vì vậy, chúng tôi nghĩ, tại sao không mang một vật liệu khác có điện tích trái dấu và trích xuất điện tích để tạo ra điện”, El-Kady giải thích trên Nano Engergy. Những vật liệu như thế này được gọi là máy phát điện nano ma sát (hay TENG), được đặt tên theo hiệu ứng điện ma sát, trong đó một vật liệu thu điện tích của một vật liệu khác thông qua tiếp xúc. Ví dụ: xoa tóc của bạn lên một quả bóng bay sẽ loại bỏ các electron khỏi tóc, khiến cho mái tóc mang điện tích dương hướng về phía quả bóng bay đang mang điện tích âm.
Sau khi thử nghiệm một số lượng lớn vật liệu bao gồm lá nhôm và teflon, hai nhà khoa học Mỹ nhận thấy silicone tạo ra nhiều điện tích hơn bất kỳ loại vật liệu nào khác.
Thiết bị của họ có thể được ứng dụng cụ thể. Chẳng hạn, như gắn snow-TENG vào các tấm pin mặt trời để cung cấp năng lượng khi bão tuyết bao trùm mọi vật vào mùa đông, các tấm pin mặt trời không còn hữu hiệu nữa. Hay sử dụng để theo dõi hiệu suất của các vận động viên trong thời tiết lạnh, hoặc cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo nhỏ hoặc trạm thời tiết di động. Ngoài ra, El-Kady giải thích: “Chúng tôi tin rằng vật liệu silicone của chúng tôi có thể được sơn lên các tòa nhà để tạo ra điện, đồng thời chống nước và độ ẩm cho các tòa nhà”.
Tuy vậy, snow-TENG vẫn là một khái niệm nhiều hơn là một phần của công nghệ mới, mang tính cách mạng. Trong quá trình thử nghiệm, El-Kady và Kaner phát hiện ra rằng thiết bị này chỉ có thể tạo ra 0,2 milliwatt trên một mét vuông. Để so sánh, một tấm pin mặt trời có diện tích chính xác là một mét vuông có thể tạo ra khoảng 150 đến 200 watt trong điều kiện ánh nắng tốt. Cả hai nhà khoa học nói sẽ cải tiến công nghệ để tạo ra nguồn điện lớn hơn.
Nhưng, một trong những ứng dụng ấn tượng của snow-TENG là trạm thời tiết không dùng pin. Khi bị các hạt tuyết va vào, thiết bị sẽ tạo ra nhiều tín hiệu điện khác nhau, nhờ đó người ta có thể xác định tốc độ và hướng gió trong cơn bão tuyết cũng như tốc độ và lượng tuyết rơi.
Thảo Nguyên (theo TGHN)
Có thể bạn quan tâm
Việt Linh: Paris thương nhớ đồng bằng
Chuông vọng xứ người – bò bún
Mùa dỡ mắm của má
Mơ nông sản Việt lên đời, nâng đẳng cấp
Ấn tượng về những sáng tạo của doanh nghiệp Việt trong bão Covid-19
Tags:điện tuyết
Ý kiến của bạn về bài viết
Không có chức năng bình luận cho bài viết này