Theo nghiên cứu gần đây do Stanford dẫn đầu trong PNAS Nexus , công nghệ có nguồn gốc từ Thời đại đồ đồng có thể cung cấp giải pháp nhanh chóng và rẻ tiền để giúp đạt được mục tiêu khí hậu của Liên hợp quốc là phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.
Tín dụng: CC0 Public Domain
Công nghệ này bao gồm việc lắp ráp các viên gạch hấp thụ nhiệt trong một thùng chứa cách nhiệt, nơi chúng có thể lưu trữ nhiệt được tạo ra bởi năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió để sử dụng sau này ở nhiệt độ cần thiết cho các quy trình công nghiệp. Nhiệt sau đó có thể được giải phóng khi cần bằng cách dẫn không khí qua các kênh trong các ngăn xếp "gạch chịu lửa", do đó cho phép các nhà máy xi măng, thép, thủy tinh và giấy hoạt động bằng năng lượng tái tạo ngay cả khi không có gió và ánh nắng mặt trời.
Những hệ thống này, mà một số công ty gần đây đã bắt đầu thương mại hóa để lưu trữ nhiệt công nghiệp, là một hình thức lưu trữ năng lượng nhiệt. Những viên gạch được làm từ cùng vật liệu với những viên gạch cách nhiệt lót các lò nung thô sơ và lò luyện sắt hàng nghìn năm trước. Để tối ưu hóa việc lưu trữ nhiệt thay vì cách nhiệt, các vật liệu được kết hợp với nhau theo các lượng khác nhau.
Pin có thể lưu trữ điện từ các nguồn tái tạo và cung cấp điện để tạo ra nhiệt theo nhu cầu. "Sự khác biệt giữa lưu trữ gạch chịu lửa và lưu trữ pin là gạch chịu lửa lưu trữ nhiệt thay vì điện và có giá thành bằng một phần mười pin", tác giả chính của nghiên cứu Mark Z. Jacobson, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Trường Kỹ thuật và Phát triển Bền vững Stanford Doerr cho biết. "Các vật liệu cũng đơn giản hơn nhiều. Về cơ bản, chúng chỉ là các thành phần của đất".
Lưu trữ nhiệt độ cao
Nhiều ngành công nghiệp đòi hỏi nhiệt độ cao để sản xuất. Nhiệt độ trong các nhà máy cần đạt ít nhất 1.300 độ C (gần 2.400 độ F) để sản xuất xi măng và 1.000 độ C (khoảng 1.800 độ F) hoặc cao hơn để sản xuất thủy tinh, sắt và thép. Ngày nay, khoảng 17% tổng lượng khí thải carbon dioxide trên toàn thế giới bắt nguồn từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch để tạo ra nhiệt cho các quy trình công nghiệp, theo tính toán của Jacobson và đồng tác giả Daniel Sambor. Việc tạo ra nhiệt công nghiệp từ các nguồn tái tạo có thể loại bỏ hoàn toàn các khí thải này.
"Bằng cách lưu trữ năng lượng ở dạng gần nhất với mục đích sử dụng cuối cùng, bạn sẽ giảm được tình trạng kém hiệu quả trong quá trình chuyển đổi năng lượng", Sambor, một học giả sau tiến sĩ về kỹ thuật dân dụng và môi trường, cho biết. "Trong lĩnh vực của chúng tôi, người ta thường nói rằng 'nếu bạn muốn tắm nước nóng, hãy lưu trữ nước nóng, và nếu bạn muốn đồ uống lạnh, hãy lưu trữ đá'; vì vậy, nghiên cứu này có thể được tóm tắt là 'nếu bạn cần nhiệt cho ngành công nghiệp, hãy lưu trữ trong gạch chịu lửa'".
Tiết kiệm đáng kể
Các nhà nghiên cứu bắt đầu kiểm tra tác động của việc sử dụng gạch chịu lửa để lưu trữ hầu hết nhiệt lượng trong quá trình công nghiệp tại 149 quốc gia trong tương lai giả định, trong đó mỗi quốc gia chuyển sang năng lượng gió, địa nhiệt, thủy điện và năng lượng mặt trời cho mọi mục đích năng lượng. 149 quốc gia chịu trách nhiệm cho 99,75% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu từ nhiên liệu hóa thạch. "Nghiên cứu của chúng tôi là nghiên cứu đầu tiên kiểm tra quá trình chuyển đổi năng lượng tái tạo trên quy mô lớn với gạch chịu lửa như một phần của giải pháp", Jacobson cho biết. "Chúng tôi thấy rằng gạch chịu lửa cho phép chuyển đổi nhanh hơn và ít tốn kém hơn sang năng lượng tái tạo, và điều đó giúp ích cho mọi người về mặt sức khỏe, khí hậu, việc làm và an ninh năng lượng".
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình máy tính để so sánh chi phí, nhu cầu đất đai, tác động đến sức khỏe và lượng khí thải liên quan đến hai kịch bản cho một tương lai giả định, trong đó 149 quốc gia vào năm 2050 sẽ sử dụng năng lượng tái tạo cho mọi mục đích năng lượng. Trong một kịch bản, gạch chịu lửa cung cấp 90% nhiệt lượng cho quy trình công nghiệp. Trong kịch bản còn lại, không có việc áp dụng gạch chịu lửa hoặc các hình thức lưu trữ năng lượng nhiệt khác cho các quy trình công nghiệp. Trong kịch bản không có gạch chịu lửa, các nhà nghiên cứu cho rằng nhiệt lượng cho các quy trình công nghiệp sẽ đến từ lò điện, lò sưởi, nồi hơi và máy bơm nhiệt, với pin được sử dụng để lưu trữ điện cho các công nghệ đó.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng kịch bản sử dụng gạch chịu lửa có thể cắt giảm chi phí vốn 1,27 nghìn tỷ đô la trên 149 quốc gia so với kịch bản không có kho lưu trữ gạch chịu lửa, đồng thời giảm nhu cầu năng lượng từ lưới điện và nhu cầu về khả năng lưu trữ năng lượng từ pin.
Năng lượng sạch, không khí trong lành hơn
Các giải pháp để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch cũng liên quan đến sức khỏe con người. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ô nhiễm không khí từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch gây ra hàng triệu ca tử vong sớm mỗi năm. "Mỗi chút nhiên liệu đốt mà chúng ta thay thế bằng điện đều làm giảm ô nhiễm không khí", Jacobson cho biết. "Và vì có một số tiền hạn chế để chuyển đổi ở tốc độ cao, nên chi phí cho toàn bộ hệ thống càng thấp thì chúng ta có thể triển khai càng nhanh".
Jacobson đã dành cả sự nghiệp của mình để tìm hiểu về ô nhiễm không khí và các vấn đề khí hậu, đồng thời xây dựng các kế hoạch năng lượng cho các quốc gia, tiểu bang và thành phố để giải quyết những vấn đề này. Nhưng trọng tâm của ông về gạch chịu lửa còn khá mới, xuất phát từ mong muốn xác định các giải pháp hiệu quả có thể được áp dụng nhanh chóng.
"Hãy tưởng tượng nếu chúng ta đề xuất một phương pháp tốn kém và khó khăn để chuyển sang điện tái tạo—chúng ta sẽ có rất ít người tham gia. Nhưng nếu phương pháp này tiết kiệm tiền so với phương pháp trước đây, thì nó sẽ được triển khai nhanh hơn", ông nói. "Điều khiến tôi phấn khích là tác động rất lớn, trong khi nhiều công nghệ mà tôi đã xem xét, chúng có tác động không đáng kể. Ở đây, tôi có thể thấy lợi ích đáng kể với chi phí thấp từ nhiều góc độ, từ việc giúp giảm tỷ lệ tử vong do ô nhiễm không khí đến việc giúp thế giới chuyển đổi sang năng lượng tái tạo sạch dễ dàng hơn".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
