4 công nghệ đột phá giúp khai thác hiệu quả năng lượng tái tạo

Ánh sáng, nắng và gió là những nguồn năng lượng dồi dào mà con người luôn ao ước chinh phục để phục vụ cho cuộc sống. Cùng tìm hiểu 4 công nghệ đột phá mới giúp khai thác hiệu quả và lưu trữ các nguồn năng lượng này trong cuộc sống hiện đại, hướng tới một tương lai bền vững.

In chân tháp tuabin gió bằng máy in 3D khổng lồ

GE Renewable Energy vừa tổ chức lễ cắt băng khánh thành cơ sở nghiên cứu và phát triển mới để tiến hành nghiên cứu cách in 3D đế bê tông của các tháp tuabin gió.

Hiện nay, để làm tháp tuabin gió, các nhà xây dựng phải sử dụng xe tải phẳng để vận chuyển các ống thép đúc sẵn đến vị trí lắp đặt và hàn chúng lại với nhau tại chỗ. Nhưng chỉ có những ai đã từng cố gắng chuyển một món đồ nội thất vào một khu chung cư không có thang máy ở thành phố New York mới hiểu được rằng có những giới hạn không thể bị phá vỡ. Đối với tháp tuabin gió, đường kính bị giới hạn trong khoảng 4m. Việc làm cho chúng lớn hơn sẽ khiến chúng rộng hơn và khó vận chuyển trên đường. (Các cánh quạt gió cũng gặp phải vấn đề tương tự về chiều dài. Nhưng GE đã tìm ra một cách khéo léo để “tách” các cánh quạt thành hai phân đoạn và lắp ráp chúng tại trang trại gió).

Bí quyết là in 3D, còn được gọi là sản xuất đắp lớp. Bằng cách in 3D chân đế tháp bê tông tại trang trại, các nhà xây dựng sẽ có thể làm cho nó rộng hơn và đủ cứng cáp để làm bệ đỡ một tuabin cao và hoạt động mạnh mẽ hơn. Phương pháp này cũng có thể giúp mở ra nhiều địa điểm có thể khai thác gió hơn, giảm chi phí vận chuyển và tạo thêm cơ hội việc làm tại các trang trại gió ứng dụng công nghệ này.

Nắng và gió thắp sáng Texas

Nghiên cứu của các kĩ sư dân dụng tại Đại học Rice (Hoa Kỳ) đã cho thấy rằng việc kết hợp giữa năng lượng gió và năng lượng mặt trời tại Texas có thể dễ dàng thay thế việc sử dụng than trong khu vực.

“Nghiên cứu này nói về việc làm như thế nào để chúng ta thay thế hoàn toàn việc sử dụng than trong thời gian ngắn nhất” – Daniel Cohan, tác giả nghiên cứu chia sẻ. Ông cùng đội ngũ của mình đã chia sẻ trong tạp chí Renewables: Wind, Water, and Solar: “Đơn giản mà nói, không phải lúc nào trời cũng đầy nắng và gió, nhưng bầu trời Texas thì có.”

Các nhà nghiên cứu đã tính toán những tác động khác nhau trong chuỗi dự án tái tạo được thực hiện dọc các vùng đất của Texas và xác định rằng chỉ cần một phần ba trong số nguồn năng lượng điện được tạo ra từ nắng và gió cũng đã đủ để có thể thay thế gần như toàn bộ năng lượng than trong toàn bang. Điểm mấu chốt chính là kết hợp các khu vực nhiều nắng và gió nhất để tạo ra dòng điện cao thế nhằm bảo đảm nguồn cung cấp năng lượng ổn định. Nghiên cứu trước đó cho thấy rằng nguồn năng lượng gió và năng lượng mặt trời được tạo ra phân bố thay thế lẫn nhau trong từng thời điểm: Gió phía Tây Texas thổi mạnh nhất vào thời điểm ban đêm, trong khi ở Nam Texas, thời gian cao điểm của gió biển lại là vào những buổi chiều hè và năng lượng mặt trời đạt đỉnh vào giữa trưa.

Hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời

Các nhà khoa học Thụy Điển và Trung Quốc đã từng tạo ra loại pin có thể tích trữ năng lượng mặt trời cho nhiều năm.

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng dồi dào nhất, nhưng việc thu thập và lưu trữ một lượng lớn trong đêm tối và những ngày mây mù vẫn luôn là bài toán khó trong quá trình hướng đến chuyển đổi năng lượng sạch. Sản phẩm pin hứa hẹn sẽ đem đến “một cách thức hoàn toàn mới để tạo ra nguồn điện từ năng lượng mặt trời”, Kasper Moth-Poulsen, giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Công nghệ Chalmers (Thụy Điển), cho biết.

Trong nghiên cứu trước đó, các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers đã thiết kế một loại phân tử từ cacbon, hidro và nitơ có thể thay đổi hình dáng khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Đồng phân (hợp chất hữu cơ được tạo ra từ những thành phần giống nhau với cách sắp xếp khác nhau) được tạo ra có khả năng lưu giữ năng lượng được chuyển đổi từ hạt Photon ở dạng chất lỏng trong vòng 18 năm. Nghiên cứu mới này liên kết công nghệ với sản phẩm máy phát nhiệt điện siêu mỏng được phát triển ở Đại học Giao Thông Thượng Hải. Một chất xúc tác sẽ chuyển đồng phân về dạng nguyên bản của nó, giải phóng năng lượng được lưu trữ dưới dạng nhiệt năng. Máy phát điện sau đó sẽ biến nhiệt năng thành điện năng. Loại máy phát này có thể được tích hợp trong các thiết bị điện như tai nghe, đồng hồ thông minh hay điện thoại, Zhihang Wang – nhà nghiên cứu của Đại học Công nghệ Chalmers cho biết. “Cho đến nay, chúng tôi mới chỉ có thể tạo ra một lượng điện nhỏ, nhưng những kết quả mới của nghiên cứu này cho thấy rằng mô hình thực sự có thể hoạt động.”

Sử dụng ánh sáng để phát triển vật liệu thế hệ tiếp theo

Các nhà khoa học tại Trường Kỹ thuật Viterbi của Đại học Southern California đã tạo ra một khung máy học để giúp phát triển những vật liệu thế hệ tiếp theo cho các thiết bị điện tử hiệu quả hơn.

Kéo giãn, kéo, sưởi ấm và làm mát là những cách phổ biến để thay đổi tính chất của vật liệu. Chúng ta cũng có thể sử dụng ánh sáng để kiểm tra các tính chất ẩn của kim loại. Tuy nhiên, vì những tương tác đó xảy ra trên quy mô nguyên tử, chúng rất khó mô hình hóa, gây khó khăn cho việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng. Mô hình máy học mới có thể mô tả hóa tác động của ánh sáng đối với vật liệu ở quy mô chưa từng có.

Nhóm USC Viterbi đã sử dụng máy học để thực hiện các mô phỏng dự đoán hiệu ứng của ánh sáng đối với hơn một tỷ nguyên tử trong một vật liệu. Trong khi các tính toán trước đó chỉ có thể mô phỏng vài trăm nguyên tử. Họ đã sử dụng bức tranh lớn hơn, rõ ràng hơn này để mô hình hóa khả năng điều khiển phân cực của chì titanate chưa từng được biết đến trước đây của ánh sáng, có thể được sử dụng trong các cảm biến, trong bộ nhớ và năng lượng. Đồng tác giả nghiên cứu Ken-ichi Nomura cho biết: “Nếu không có máy học, sẽ không thể thiết kế loại mô phỏng này.”

Categories