Các nhà khoa học đến từ Đại học Stanford đã phát triển một loại ắc quy theo công nghệ nano cho phép tạo ra điện từ sự chênh lệch hàm lượng muối giữa nước ngọt và nước biển.
Tốc độ tiêu thụ điện năng của Việt Nam có xu hướng tăng gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP trong điều kiện nguồn cung sản xuất từ thủy điện và nhiệt điện không đáp ứng đủ. Theo dự báo trong giai đoạn 2010- 2020 nước ta sẽ mất cân đối giữa khả năng cung cấp và nhu cầu sử dụng nguồn điện năng, từ một nước xuất khẩu thành nước nhập khẩu năng lượng. Do đó Việt Nam cần có chiến lược phát triển dài hạn, trong đó năng lượng tái tạo là một sự lựa chọn đúng đắn.
Thực trạng năng lượng tái tạo và hạt nhân ở Việt Nam
Tiềm năng thủy điện của nước ta đứng vào hàng thứ 14 trên thế giới với trữ năng khoảng 31GW (mỗi GW bằng 1 tỉ kW). Sau nhiều chục năm khai thác, thủy điện hiện nay chiếm 38% tổng sản lượng điện của cả nước. Tuy nhiên, thủy điện cũng có nhiều tiêu cực. Đó là, muốn có thủy điện, phải hy sinh nhiều diện tích rừng, đất đai nông nghiệp màu mỡ, chưa nói đến nguy cơ vỡ đập gây lũ lụt vùng hạ lưu, những biến đổi về hệ sinh thái. Điều quan trọng hơn, tiềm năng thủy điện về cơ bản đã khai thác hết, phần chưa khai thác thường công suất nhỏ, đầu tư tốn kém và rất không ổn định trong hoàn cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu như hiện nay.
Điện hạt nhân cũng rất cần thiết và ngày càng có vị trí quan trọng nhưng đó cũng không phải là nguồn năng lượng lý tưởng bởi nó mang theo nhiều vấn đề về an toàn và chưa có hướng ra là giải quyết chất thải hạt nhân cho trái đất như thế nào?
Vậy chỉ còn những nguồn năng lượng mới, chủ yếu là các nguồn năng lượng tái tạo, không hoặc rất ít gây ô nhiễm môi trường và có thể nói là vô tận chừng nào sự sống trên trái đất vẫn tồn tại, đó là điện gió, điện mặt trời, điện sinh học, điện địa nhiệt, điện thủy triều…
Việt Nam nằm trong khoảng 80–230 vĩ độ Bắc thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, có trên 3.260km bờ biển, mỗi năm có 2 mùa gió chính là Đông Bắc và Đông Nam. Hai vùng giàu tiềm năng về điện gió ở Việt Nam là Sơn Hải (Ninh Thuận) và Mũi Né (Bình Thuận) với vận tốc trung bình có thể lên tới 6–7m/s và gió có xu thế ổn định, số lượng các cơn bão khu vực ít, thích hợp với các trạm điện gió công suất 3-3,5MW. Năng lượng mặt trời cũng được vị trí địa lý ưu ái, với cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Số giờ nắng trung bình khoảng 2000-2500giờ/năm, tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2. Điện được sản xuất từ các dạng năng lượng này tuy vô tận, nhưng có một nhược điểm chưa khắc phục được khiến nó chưa phát triển, lý do là chi phí đắt hơn nhiều so với điện sản xuất từ nước, than, dầu, khí, kỹ thuật lại phức tạp, hiệu suất chưa cao.
Ắc quy hoạt động từ nước ngọt và nước biển
Mới đây, các nhà khoa học đến từ Đại học Stanford đã phát triển một loại ắc quy theo công nghệ nano cho phép tạo ra điện từ sự chênh lệch hàm lượng muối giữa nước ngọt và nước biển. Các nhà máy điện từ nước ngọt, nước muối hoạt động bằng cách thải ra năng lượng qua quy trình thẩm thấu.
Nhóm nghiên cứu từ Stanford hướng đến lợi dụng năng lượng nhiệt động lực từ sự tương tác giữa nước ngọt và nước muối với các điện cực của ắc quy. Từ đó, một ắc quy nhiệt động lực hỗn hợp sẽ hoạt động bằng cách trao đổi chất điện phân (một loại chất lỏng chứa ion hoặc các hạt mang điện tích – trong trường hợp này là nước) giữa 2 trạng thái sạc và xả. Ion trong nước gồm natri và clo là 2 nguyên tố nguyên thủy của muối. Nước càng mặn thì lượng ion natri và clo càng nhiều và điện áp xuất ra càng cao.
Ắc quy ban đầu sẽ được đổ đầy nước ngọt và sạc. Sau đó, nước ngọt được thay bằng nước muối. Do nước muối có lượng icon nhiều hơn gấp 60 đến 100 lần nước ngọt nên điện thế sẽ tăng và ắc quy có thể xả ở điện áp cao hơn, mang lại nhiều điện hơn. Sau khi pin được xả hết, nước muối sẽ cạn và nước ngọt lại được đổ vào để bắt đầu lại quy trình.
Nhằm tăng hiệu suất của ắc quy, điện cực dương được làm từ các thanh măng-gan dioxit có kích thước nano. Trong khi đó, điện cực âm được làm bằng bạc. Thiết kế của các thanh điện cực giúp tăng 100 lần bề mặt tương tác với ion natri so với các vật liệu khác đồng thời cho phép ion di chuyển ra vào điện cực một cách dễ dàng. Theo báo cáo từ nhóm nghiên cứu Stanford, hiệu suất chuyển đổi năng lượng tiềm năng từ ắc quy sang điện đạt 74% và các giáo sư tin rằng hiệu suất có thể đạt 85% nếu công nghệ tiếp tục được phát triển.
Loại ắc quy này có thể là một nguồn cung cấp năng lượng mới cho thế giới
Nhóm Stanford đã tính toán với 50m3 nước ngọt trong mỗi giây, nhà máy điện dựa trên công nghệ trên có thể sản xuất đến 100MW điện, đủ cho khoảng 100.000 hộ gia đình. Trong khi nước muối thì rất dồi dào ở đại dương thì thể tích nước ngọt yêu cầu để quá trình có thể diễn ra là tại các cửa sông. Hệ thống sẽ điều tiết một số dòng chảy của con sông để sản xuất điện trước khi đưa trở ra biển. Nước sau quy trình này là một hỗn hợp giữa nước sông và nước biển, nước được thải tại khu vực 2 dòng nước gặp nhau.
Trên thực tế, nước ngọt không chỉ bắt nguồn từ sông. Nó có thể lấy từ dòng xả lũ, thậm chí nước thải được xử lý cũng có thể sử dụng trong quy trình. Và để tăng lợi ích, quy trình nhiệt động lực học hỗn hợp có thể được đảo ngược để sản xuất nước uống bằng cách khử muối từ nước biển.
Hiện tại, các nhà khoa học Stanford đang tìm cách điều chỉnh để đưa ắc quy entropy vào sản xuất thương mại. Loại ắc quy mới này có thể đáp ứng khoảng 1/3 nhu cầu năng lượng của thế giới.
Do ắc quy nhiệt động lực học hỗn hợp có thể chế tạo một cách đơn giản và sản xuất được nhiều năng lượng, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng công nghệ của họ sẽ trở thành một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng trong tương lai.
Việt Nam, với bờ biển dài trên 3.260km và 23 con sông xuyên biên giới. Quan trọng nhất là sông Hồng, sông Đà ở miền Bắc và sông Tiền, sông Hậu ở miền Nam. Dọc bờ biển, trung bình cứ 23km lại có một cửa sông. Tổng cộng có 112 cửa sông lạch đổ ra biển. Với hệ thống địa lý sông biển Việt Nam kết hợp với phát triển ứng dụng khoa học trên. Tác giả có ý tưởng xây dựng các nhà máy sản xuất điện bằng nguồn năng lượng “Từ sự chênh lệch hàm lượng muối giữa nước ngọt và nước biển” tại nơi giao giữa nước ngọt và nước biển là một nguồn năng lượng tái tạo rất tiềm năng và hiệu quả trong tương lai.
KaBoi(ST)
