Khử cacbon, công nghệ tiên tiến được yêu thích là pin mặt trời mỏng và máy bay điện
Cần huy động tất cả các công nghệ tiên tiến để giảm phát thải khí nhà kính xuống gần như bằng không. Nhiều quốc gia, trong đó có Nhật Bản, đang tích cực thúc đẩy nghiên cứu và phát triển với mục tiêu đạt được vào năm 2050. Các tế bào năng lượng mặt trời mỏng có thể được gắn ở bất cứ đâu và các phương pháp tạo ra hydro từ ánh sáng mặt trời và nước là một trong những công nghệ được yêu thích. Sau xe điện (EV), máy bay chạy bằng điện có khả năng trở nên phổ biến.
Vào mùa thu năm 2021, Rolls-Royce của Vương quốc Anh đã thành công trong chuyến bay thử nghiệm một chiếc máy bay điện nhằm mục đích "nhanh nhất thế giới" = do công ty cung cấp
■ Máy bay điện, sắp "cất cánh"
Thủy triều khử cacbon đang bắt đầu kéo dài không chỉ đến đất liền mà còn lên bầu trời. Cạnh tranh trong sự phát triển của công nghệ điện khí hóa máy bay đang ngày càng gay gắt trên khắp thế giới nhằm giảm lượng carbon dioxide (CO2) liên quan đến quá trình đốt cháy động cơ. Các chuyến bay thử nghiệm cũng đang diễn ra nối tiếp nhau, và dự kiến rằng phong trào "cất cánh" toàn diện sẽ trở nên sôi động hơn vào năm 2010.
Máy bay điện "Spirit of Innovation" do Rolls-Royce của Vương quốc Anh phát triển đã thành công trong chuyến bay thử nghiệm vào tháng 9/2009. "Đó là một cột mốc mới cho quá trình khử cacbon của ngành hàng không", công ty nhấn mạnh.
Dự án "ACCEL" của công ty nhằm mục đích bay nhanh nhất thế giới bằng máy bay điện. Vào tháng 11 năm 2009, nó đã bay được quãng đường 3㌔㍍ với tốc độ khoảng 560㌔㍍ / h và 15㌔㍍ với vận tốc 530㌔㍍. Người ta nói rằng kỷ lục thông thường có thể được cập nhật ở tốc độ 200 km / h hoặc hơn.
Để thúc đẩy quá trình điện khí hóa trong máy bay, cần phải có bí quyết khác với xe điện chạy trên mặt đất. Động cơ đẩy cao hơn ô tô là điều tất yếu để bay trên bầu trời, và điều cần thiết là pin và động cơ phải có công suất và sản lượng cao hơn so với trên mặt đất. Đồng thời, việc giảm trọng lượng của các bộ phận cũng là một vấn đề quan trọng, và “mật độ năng lượng”, là chỉ số thể hiện năng lượng tích trữ được so với trọng lượng, là chìa khóa.
Một trong những điểm mạnh của Rolls-Royce là công nghệ pin. Matthew Parr, trưởng dự án tại ACCEL cho biết: “Chúng tôi đã phát triển bộ pin có mật độ năng lượng cao nhất dành cho máy bay. Tận dụng kết quả của chuyến bay thử nghiệm, hãng có kế hoạch cung cấp một máy bay điện nhỏ cho các chuyến bay nội địa ở Na Uy vào năm 2014.
Trong bối cảnh xu hướng khử cacbon trên toàn cầu, các chuyến bay thử nghiệm của các máy bay điện nhỏ đã được thực hiện lần lượt trong những năm gần đây. Công ty khởi nghiệp Magnics của Mỹ đã thực hiện chuyến bay thử nghiệm thành công vào năm 2019. Có trụ sở tại Hoa Kỳ và Vương quốc Anh, Zero Avia đã thành công trong chuyến bay vào mùa thu năm 20 với pin nhiên liệu sử dụng hydro thay vì pin lưu trữ. Cả hai công ty đều đang hướng tới mục tiêu thương mại hóa sau 23 đến 24 năm.
■ "Ô tô bay" cất cánh và hạ cánh thẳng đứng
Một chiếc "ô tô bay" sử dụng điện làm nguồn điện và cất cánh và hạ cánh theo phương thẳng đứng thay vì chiều ngang như máy bay chở khách thông thường có thể là một lựa chọn mới để di chuyển trên bầu trời. Joby Aviation của Hoa Kỳ và Lilium của Đức, được đầu tư bởi Toyota Motor Corporation, sẽ hợp tác phát triển công nghệ. Đối với máy bay điện cỡ nhỏ, dự kiến nó sẽ được đưa vào sử dụng thực tế sớm nhất vào khoảng 23-24.
Chỉ có một số người có thể lái một chiếc ô tô bay cùng một lúc. Hiện tại, ngay cả máy bay điện cũng có thể được đưa vào sử dụng thực tế trên quy mô có thể chứa tới hàng chục người. Trước hết, nó dự kiến sẽ bắt đầu với một số lượng nhỏ người.
Tại Nhật Bản, JAXA và những người khác đang phát triển công nghệ liên quan đến máy bay điện = JAXA cung cấp
Tổng công ty Phát triển Máy bay Nhật Bản (Chiyoda, Tokyo) cho biết, sau khi sử dụng máy bay điện 10 chỗ ngồi trước đó, phải mất thời gian để đưa vào sử dụng thực tế cho đến nửa sau của những năm 20 đối với loại 50 đến 100 chỗ và đến những năm 30 đối với lớp học có hơn 100 chỗ ngồi. Tôi đang tính toán thử.
Ngay cả ở Nhật Bản, chúng tôi cũng đang tiến tới hiện thực hóa điện khí hóa. Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) có thành tích về việc cất cánh bằng điện một chiếc tàu lượn đã sửa đổi và khiến nó thực hiện một chuyến bay quay đầu. Động lực tiếp tục tăng kể từ đó, và vào mùa hè năm 2018, JAXA và IHI, Kawasaki Heavy Industries, SUBARU, v.v. đã thành lập một hội đồng về máy bay điện. Không chỉ máy nhỏ, máy vừa và máy lớn có niên hạn sử dụng khoảng 30 đến 50 năm.
Đối với quá trình điện khí hóa các máy bay vừa và lớn, không chỉ mật độ năng lượng mà cả mật độ sản lượng để cất cánh một máy bay lớn cũng là một vấn đề. Ông Yasuhiro Toi thuộc Hiệp hội Phát triển Máy bay Nhật Bản nêu vấn đề “Cần cân bằng giữa khả năng rút lực từ từ và khả năng phát lực mạnh trong chốc lát”.
Ngoài ra, bức xạ từ không gian trở nên mạnh hơn theo độ cao. Cũng cần phải xác nhận xem các bộ phận dùng để điện khí có thể chịu được môi trường bức xạ trên bầu trời hay không. Cũng không thể thiếu các biện pháp chống nóng cho ắc quy có dung lượng lớn. Để hiện thực hóa điều đó, không thể thiếu việc cải tiến các công nghệ nguyên tố khác nhau và tích hợp chúng thành một hệ thống.
Cùng với điện, hydro có thể là nguồn năng lượng mạnh mẽ cho máy bay. Nằm trong dự án của Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới (NEDO), Kawasaki Heavy Industries đã thông báo rằng họ sẽ bắt đầu nghiên cứu và phát triển thiết bị đốt động cơ và thùng nhiên liệu. Ở nước ngoài, Airbus Europe, một công ty máy bay lớn, đã thông báo rằng họ sẽ đưa máy bay chạy bằng khí hydro ra thị trường vào năm 1935.
Để nâng cao nhận thức về môi trường, thuật ngữ "sự xấu hổ khi bay" đã được sử dụng, điều này khiến cho việc bay trên một chiếc máy bay thải ra nhiều CO2 trở nên đáng xấu hổ. Làm thế nào để đạt được cả chuyển động không khí thế hệ tiếp theo và bảo vệ môi trường. Cần phải có một nỗ lực lâu dài.
■ Mở rộng việc sử dụng nhiên liệu tái chế
Sẽ mất một thời gian dài để đạt được "mức không ròng (về cơ bản là không phát thải khí nhà kính)" trên bầu trời bằng cách sử dụng năng lượng hydro và điện. Một trục chính khác của quá trình khử cacbon là "SAF (nhiên liệu hàng không bền vững)", có tải trọng môi trường thấp. Sử dụng dầu thải và thực vật làm nguyên liệu thô, việc sử dụng thay thế nhiên liệu máy bay thông thường đang được mở rộng.
Japan Airlines đã đặt mục tiêu giảm lượng khí thải CO2 xuống dưới 8,18 triệu tấn trong năm 2018. Đó là tính toán có thể giảm khoảng 2 triệu tấn so với trường hợp không có biện pháp đối phó. Khoảng 60% mức giảm sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi sang thiết bị hiệu quả cao nhất, điện khí hóa và phát triển công nghệ của máy bay chạy bằng hydro. Khoảng 35% sẽ được giảm bớt bằng cách sử dụng SAF. Tỷ lệ đóng góp của SAF dự kiến sẽ tăng lên 45% trong năm tài chính 50, nhằm mục đích đạt mức 0 ròng.
United Airlines cũng đã khai thác một chiếc máy bay chỉ sử dụng nhiên liệu SAF vào năm 2009. Ông Tới của Hiệp hội Phát triển Máy bay Nhật Bản giải thích: "Sẽ mất thời gian để đưa công nghệ hydro và điện vào ứng dụng thực tế. SAF đang thu hút sự chú ý như một cách thực tế để đạt được quá trình khử cacbon trong ngành hàng không".
Tuy nhiên, ngoài Hoa Kỳ, quốc gia có lượng ngũ cốc dồi dào làm nguyên liệu cho các nhiên liệu thay thế, hiện nay trên thế giới không có hệ thống nào có thể cung cấp đầy đủ SAF.
Vào tháng 9 năm 2009, Nhóm Hành động Vận tải Hàng không (ATAG), một nhóm công nghiệp, đã công bố một kịch bản giảm thiểu CO2 nhằm mục tiêu không còn ròng trong ngành hàng không trong 50 năm bằng cách kết hợp việc giới thiệu các công nghệ mới, cải tiến hoạt động và sử dụng SAF. Có thể nói, một giải pháp thực tế là tiến lên phía trước trong khi huy động nhiều công nghệ và bí quyết khác nhau như điện khí hóa máy bay, sử dụng hydro và SAF.
■ Sản xuất hàng loạt pin mặt trời perovskite
Rắc rối đang xảy ra ở nhiều nơi vì việc xây dựng cơ sở sản xuất điện mặt trời quy mô lớn (mega solar) có ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh. Nguyên nhân là do các tấm pin năng lượng mặt trời được trải rộng trên một diện tích lớn. Những người lo ngại đều nhận thức được rằng có rất ít địa điểm thích hợp cho các cơ sở sản xuất điện mặt trời ở Nhật Bản, nơi có nhiều rừng. Tuy nhiên, "lẽ thường" này có thể thay đổi với sự ra đời của "pin mặt trời perovskite" mỏng và nhẹ.
Trung Quốc Taisho Fine Technology Co., Ltd. bán pin mặt trời perovskite = do công ty cung cấp
Loại pin này có trọng lượng bằng 1/10 pin mặt trời làm từ silicon và có thể uốn cong linh hoạt, có thể gắn vào tấm trên cùng của ô tô, bề mặt tường của tòa nhà hoặc thậm chí là quần áo. Không cần đất rộng, và bất kỳ nơi nào có ánh nắng mặt trời đều có thể được chuyển đổi thành nhà máy điện. Hơn nữa, có quan điểm cho rằng giá thành có thể giảm chỉ còn một nửa so với silicon.
Hiệu suất chuyển đổi năng lượng, cho biết bao nhiêu năng lượng mặt trời có thể được chuyển đổi thành điện năng, đang được cải thiện nhanh chóng. Vào năm 2009 khi nó mới xuất hiện chỉ là 3,8%, nhưng bây giờ nó đã là hơn 25% trong các ô nhỏ.
Sản xuất hàng loạt đã bắt đầu. Vào tháng 9 năm 2009, công ty khởi nghiệp Saure Technologies của Ba Lan đã bắt đầu sản xuất tại các siêu thị và những nơi khác để cung cấp điện cho các "nhãn kệ điện tử" hiển thị kỹ thuật số giá sản phẩm.
Công ty khởi nghiệp Trung Quốc Taisho Fine Technology Co., Ltd. sẽ bắt đầu bán loại perovskite vào tháng 3 năm 2010. Hiệu suất chuyển đổi khoảng 13 đến 15%, và giả định rằng nó sẽ được lắp đặt trong các cảm biến và xe đạp điện trước.
■ Trình diễn sản xuất hydro bằng quang hợp nhân tạo
Có một cơ sở khổng lồ ở thành phố Ishioka, tỉnh Ibaraki sản xuất hydro bằng một thiết bị trông giống như một tấm pin mặt trời. Đây là một nhà máy mà liên minh công ty bao gồm Mitsubishi Chemical và Fujifilm đang nghiên cứu trình diễn "quang hợp nhân tạo" tạo ra các chất hữu ích bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời, nước và CO2 với sự hợp tác của Đại học Tokyo và các trường khác.
■ Trình diễn sản xuất hydro bằng quang hợp nhân tạo
Có một cơ sở khổng lồ ở thành phố Ishioka, tỉnh Ibaraki sản xuất hydro bằng một thiết bị trông giống như một tấm pin mặt trời. Đây là một nhà máy mà liên minh công ty bao gồm Mitsubishi Chemical và Fujifilm đang nghiên cứu trình diễn "quang hợp nhân tạo" tạo ra các chất hữu ích bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời, nước và CO2 với sự hợp tác của Đại học Tokyo và các trường khác.
Bảng phân hủy nước thành hydro và oxy bằng chất xúc tác quang (thành phố Ishioka, tỉnh Ibaraki)
Cơ sở này chịu trách nhiệm cho "giai đoạn đầu tiên" của việc sản xuất hydro. 1600 tấm được xếp theo thứ tự có chứa một tấm chất xúc tác quang và nước, và chất xúc tác quang tiếp xúc với ánh sáng mặt trời sẽ phân hủy nước để tạo ra oxy và hydro.
Kazunari Dou, giáo sư tại Đại học Tokyo, cho biết: “Nó có thể thay thế phương pháp sản xuất hydro từ khí tự nhiên phổ biến hiện nay. Hiệu suất chuyển đổi dưới 1%, nhưng liên minh và các tổ chức khác đặt mục tiêu đạt được 10% càng sớm càng tốt, đó là kim chỉ nam cho việc sử dụng thực tế.
Trong một số trường hợp, một phương pháp khác đã được sử dụng để đạt được 10% so với đối thủ. Toyota Central R & D Labs., Inc. (Thành phố Nagakute, tỉnh Aichi), một công ty nghiên cứu và phát triển của Toyota Motor Group, đã đạt 10,5% trong thiết bị quang hợp nhân tạo sử dụng điện cực vào tháng 12 năm 2009. Thiết bị của công ty có cấu tạo trong đó hai loại điện cực nối với pin mặt trời được chứa trong nước, trong đó có hòa tan CO2. Mặc dù đã đạt 7,2% vào tháng 4 năm 2009, nó đã thành công trong việc tăng hiệu quả lên 3 điểm hoặc hơn trong khi mở rộng quy mô.
“Giai đoạn hai” tổng hợp các chất hữu ích từ hydro và CO2 cũng đang được nghiên cứu và phát triển chủ yếu bởi các trường đại học và công ty ở nước ngoài. Đặc biệt, Viện Công nghệ Sinh học Thiên Tân, Viện Khoa học Trung Quốc năm 2009 đã công bố rằng họ đã thành công trong việc tổng hợp tinh bột. Người ta nói rằng đó là một phản ứng lý tưởng để thực vật tạo ra tinh bột, và rất khó để tái tạo nhân tạo nó vào thời điểm hiện tại.
Nó tạo ra điện bất kể vị trí và gắn CO2 vào các đồng minh để sản xuất ra mọi thứ. Nếu những công nghệ này trở nên phổ biến, người ta hy vọng rằng quá trình khử cacbon sẽ tiến triển ngay lập tức.
Tsutomu Miyasaka, một giáo sư được bổ nhiệm đặc biệt tại Đại học Toin của Yokohama, người đã phát minh ra pin mặt trời perovskite
Pin mặt trời perovskite đang được đưa vào sử dụng thực tế được phát minh vào năm 2009 bởi Giáo sư Tsutomu Miyasaka thuộc Đại học Toin, Yokohama. Nó được coi là một ứng cử viên hàng đầu cho giải Nobel.
Kể từ khi Nhật Bản tuyên bố "carbon trung tính" trong 50 năm, người ta nói rằng nhiều công ty đã tham khảo ý kiến của ông Miyasaka. "Số lượng câu hỏi về sản xuất và sử dụng pin mặt trời perovskite đã tăng lên. Chúng tôi có các cuộc họp với các công ty mỗi ngày bất kể loại hình kinh doanh nào, chẳng hạn như công ty thương mại, tàu biển và công ty đường sắt."
Tuy nhiên, tôi lo ngại rằng có rất ít nhà sản xuất thiết bị điện lớn nghiêm túc trong việc phát triển. Hiện tại, nguyên nhân là do "hiệu suất của pin mặt trời perovskite sẽ không được cải thiện trừ khi sử dụng chì, có tác động xấu đến môi trường."
Tuy nhiên, ông nói, "Nếu chúng tôi có thể giải quyết nó, đó sẽ là một cơ hội duy nhất. Chúng tôi sẽ làm việc tại trường đại học, nhưng chúng tôi muốn các nhà sản xuất lớn tích cực làm việc với tinh thần để giải quyết vấn đề hàng đầu của chính họ."
