Đổi mới năng lượng: Từ nhà máy năng lượng mặt trời không gian đến phản ứng tổng hợp hạt nhân
Mục lục
Những đổi mới về năng lượng sạch sẽ giúp giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và khủng hoảng năng lượng1. Tạo ra năng lượng mặt trời trong không gian… và trong bóng tối2. Đảo năng lượng gió3. Lưu trữ năng lượng trong cát4. phản ứng tổng hợp hạt nhân
Nhiều đổi mới năng lượng đang được triển khai ngày nay có nguồn gốc từ quá khứ. Bánh xe nước có từ khoảng năm 200 trước Công nguyên. Cối xay gió lần đầu tiên xuất hiện ở Trung Đông và Trung Á vào thế kỷ thứ bảy sau Công nguyên trước khi được người Hà Lan cải tiến vào cuối những năm 1500. Và một nhà phát minh người Pháp ở thế kỷ 19 là người đầu tiên đề xuất việc khai thác năng lượng mặt trời.
Nhưng đổi mới năng lượng đã tăng tốc trong những năm gần đây, được thúc đẩy bởi các tác động tổng hợp của biến đổi khí hậu và giá điện và khí đốt tăng cao. Ngành công nghiệp đang sản xuất một số công nghệ thực sự nghe có vẻ tương lai — đây là một số công nghệ bắt mắt nhất đã xuất hiện, với một số thông tin khác về từng công nghệ bên dưới hình ảnh.
Đổi mới năng lượng sạch sẽ giúp giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và khủng hoảng năng lượng
Từ các đảo nổi đến hợp nhất, có nhiều giải pháp đa dạng để giúp thế giới đạt đến mức không ròng
1. Tạo ra năng lượng mặt trời trong không gian… và trong bóng tối
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo phát triển nhanh nhất hiện nay. Nó được thiết lập để chiếm 60% tổng công suất tái tạo được lắp đặt vào năm 2022. Một số cơ hội lớn nhất cho năng lượng mặt trời là ở Châu Phi, Trung và Nam Mỹ, do các khu vực này tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời.
Nhưng liệu chúng ta có thể đến gần mặt trời hơn nữa không — bằng cách đưa các trang trại năng lượng mặt trời vào không gian? Khi các giải pháp năng lượng sáng tạo ra đời, điều này chắc chắn nghe có vẻ đầy tham vọng. Tuy nhiên, tiến bộ công nghệ đã làm cho nó có thể đạt được nhiều hơn.
Với ánh sáng mặt trời có sẵn 24/7, các tấm pin mặt trời gắn trên vệ tinh có thể tạo ra điện cả ngày và chiếu trở lại Trái đất thông qua sóng vô tuyến tần số cao. Những thứ này sau đó sẽ được chuyển đổi trở lại thành điện năng và được cung cấp cho lưới điện.
Ngay cả trên Trái đất, chúng ta có thể sớm tạo ra điện mặt trời suốt ngày đêm. Các nhà khoa học tại Đại học Stanford ở Hoa Kỳ đã phát triển một tế bào quang điện có thể tiếp tục tạo ra điện qua đêm. Nó chuyển đổi sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ giữa tấm pin mặt trời — vốn nguội đi vào ban đêm — và không khí xung quanh thành điện năng. Công nghệ này có chi phí thấp và có thể được bổ sung vào các hệ thống hiện có để tăng sản lượng.
Lắp đặt gió ngoài khơi sử dụng tua-bin nổi là biên giới tiếp theo
2. Quần đảo năng lượng gió
Năng lượng gió là sản phẩm tiêu biểu khác của quá trình chuyển đổi năng lượng, đặc biệt là năng lượng gió ngoài khơi, dự kiến sẽ thu hút gần 1 nghìn tỷ đô la đầu tư trong thập kỷ tới.
Hầu hết các trang trại gió ngoài khơi hiện nay đều tương đối gần bờ. Tuy nhiên, với những cải tiến như tua-bin gió nổi, chúng có thể được đưa ra xa hơn nữa ở ngoài biển, nơi có tiềm năng gió cao hơn. Mặc dù có nhiều dự án đang được triển khai và đang được lên kế hoạch trên toàn cầu, các trang trại gió nổi vẫn còn ở giai đoạn sơ khai.
Khi chúng sinh sôi nảy nở, các "đảo năng lượng" nổi có thể được thiết lập để tổng hợp điện xanh từ nhiều mảng gió ngoài khơi. Sau đó, các bộ tổng hợp này có thể gửi nguồn điện đó trở lại bờ, thay vì đặt dây cáp trở lại đất liền từ mỗi trang trại gió. Hơn nữa, các đảo có thể chứa pin lớn hoặc máy điện phân hydro để khai thác năng lượng gió dư thừa.
3. Lưu trữ năng lượng trong cát
Pin rất quan trọng để lưu trữ năng lượng tái tạo dư thừa và sử dụng nó để cân bằng lưới điện. Tăng dung lượng và số lượng pin từ lâu đã là trọng tâm của ngành năng lượng.
Các nhà nghiên cứu Phần Lan đã phát triển một giải pháp sáng tạo sử dụng vật liệu sẵn có rộng rãi. Họ vừa lắp đặt pin cát hoạt động hoàn toàn đầu tiên trên thế giới.
Tọa lạc tại thị trấn Kankaanpää ở miền Nam Phần Lan, nó sử dụng năng lượng tái tạo dư thừa để làm nóng khoảng 100 tấn cát xây dựng tiêu chuẩn chứa trong silo đến 500°C. Không khí nóng do quá trình này tạo ra có thể được lưu trữ trong cát trong vài tháng và thải vào hệ thống sưởi ấm của khu vực địa phương vào thời điểm nhu cầu cao nhất.
Cát có thể lưu trữ nhiệt trong vài tháng với tổn thất tối thiểu
4. Phản ứng tổng hợp hạt nhân
Cũng khai thác sức mạnh của mặt trời - nếu hơi khác một chút - là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Đó là nguồn năng lượng phổ biến của vũ trụ, khiến mặt trời và các vì sao tỏa sáng.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân kết hợp các nguyên tử nhẹ như đơteri và triti — đồng vị của hydro — thành nguyên tố nặng hơn là heli, giải phóng năng lượng trong quá trình này. Không thải ra CO₂ và nhiên liệu nhiệt hạch có thể được chiết xuất từ nước biển với số lượng hầu như không giới hạn.
Tái tạo phản ứng tổng hợp trên Trái đất theo cách khả thi về mặt thương mại đã là một chén thánh cho cộng đồng khoa học kể từ những năm 1960. Giờ đây, các dự án trên khắp thế giới đang ngày càng tiến gần đến việc hiện thực hóa sức mạnh đó. Điều này bao gồm dự án ITER ở Pháp mà MHI đang đóng góp.
Khi thế giới tiếp tục quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, không có CO₂, đổi mới năng lượng tái tạo có thể sẽ tiếp tục, giúp cung cấp vô số phương pháp tiếp cận cần thiết để giúp thế giới đạt được các mục tiêu về khí hậu.
