MOL lần đầu trình diễn phát điện từ nhiệt dưới đáy biển, thắp sáng đèn LED thành công

MOL lần đầu trình diễn phát điện từ nhiệt dưới đáy biển, thắp sáng đèn LED thành công

Hệ thống chiếu sáng LED sử dụng nước nóng thủy nhiệt dưới đáy biển
(Nguồn: Mitsui O.S.K. Lines)

Ngày 26/2, Mitsui O.S.K. Lines (MOL) công bố đã lần đầu tiên trên thế giới thành công trong việc thắp sáng đèn LED bằng điện tạo ra từ nguồn nhiệt thủy nhiệt dưới đáy biển. Thử nghiệm được thực hiện tại khu vực đáy biển thuộc rãnh Trung bộ Okinawa (Okinawa Trough), trong khuôn khổ chương trình hỗ trợ của New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

Dự án nằm trong chương trình “Phát triển công nghệ xây dựng xã hội hydro/Phát triển công nghệ sử dụng hydro tại địa phương” do NEDO tài trợ.

Nguồn năng lượng tiềm năng lớn dưới đáy biển

Nguồn nhiệt thủy nhiệt đáy biển hình thành từ nhiệt của magma, phân bố ở độ sâu 1.000–1.500 m dưới mặt nước. Tại các miệng phun thủy nhiệt, nước nóng trên 300°C phun trào liên tục. Theo ước tính, khu vực rộng 100 m x 100 m có thể đạt mật độ năng lượng tương đương khoảng 250 MW, được kỳ vọng là nguồn năng lượng nội địa ổn định cho Nhật Bản.

Ứng dụng phần tử phát điện nhiệt bán dẫn

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã lắp đặt thiết bị STC (phần tử phát điện sử dụng nhiệt kích thích bán dẫn) do startup elleThermo – doanh nghiệp khởi nguồn từ Tokyo Institute of Technology (nay là Đại học Khoa học Tokyo) – phát triển.

Công nghệ STC hoạt động dựa trên nguyên lý thay thế “kích thích quang học của thuốc nhuộm” trong pin mặt trời nhuộm màu bằng “kích thích nhiệt của chất bán dẫn”, cho phép phát điện trực tiếp từ nguồn nhiệt ở dải nhiệt độ thấp. Do có thể vận hành ở mức nhiệt độ tương đương nhiệt độ phòng, công nghệ này được kỳ vọng có nhiều ứng dụng trong hộ gia đình và công nghiệp.

Dù phải mất vài giờ di chuyển xuống đáy biển trong môi trường nước biển ở nhiệt độ khoảng 5°C, thiết bị STC không bị suy giảm hiệu suất và đã phát điện thành công nhờ nguồn nhiệt đáy biển. Nhóm nghiên cứu xác nhận có thể điều khiển đèn LED dưới nước phát sáng và nhấp nháy liên tục trong một khoảng thời gian nhất định. Đồng thời, các dữ liệu cơ bản về điều kiện nhiệt độ, hiệu suất phát điện và độ bền trong môi trường đáy biển cũng đã được thu thập.

Hướng tới chuỗi cung ứng nhiên liệu sạch ngoài khơi

Thông qua chương trình hỗ trợ của NEDO, MOL đóng vai trò điều phối tổng thể, phối hợp cùng JAMSTEC (Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Khoa học và Công nghệ Biển Nhật Bản), Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Hàng hải – Cảng biển – Hàng không, Đại học Hải dương Tokyo, Geothermal Engineering và elleThermo.

Dựa trên kết quả thử nghiệm và ước tính một số khu vực như rãnh Trung bộ Okinawa có tiềm năng phát điện tối đa tới 60 GW, MOL sẽ tiếp tục khảo sát tài nguyên nhiệt ở các vùng biển khác, phát triển mô-đun phát điện và tiến hành thử nghiệm vận hành liên tục dài hạn theo từng giai đoạn.

Về dài hạn, doanh nghiệp đặt mục tiêu xây dựng chuỗi cung ứng gồm: phát điện dưới đáy biển → sản xuất hydro, amoniac và nhiên liệu tổng hợp tại nhà máy nổi ngoài khơi → cung cấp nhiên liệu cho tàu biển và các lĩnh vực khác. Tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế của mô hình này sẽ được kiểm chứng cùng các đối tác, với mục tiêu thực hiện đầy đủ chuỗi thử nghiệm bao gồm sản xuất hydro, amoniac và nhiên liệu tổng hợp trước năm 2040.

Hình ảnh minh họa ý tưởng về hệ thống phát điện nhiệt dưới biển
(Nguồn: Mitsui O.S.K. Lines)

Hình minh họa mô tả mô hình phát điện từ nhiệt thủy nhiệt dưới đáy biển và chuỗi cung ứng năng lượng sạch ngoài khơi.

1. Khu vực đáy biển

Ở đáy đại dương có các miệng phun thủy nhiệt (海底熱水噴出孔), nơi nước nóng trên 300°C phun ra do nhiệt từ magma bên dưới.
Nguồn nhiệt này được tích tụ trong tầng chứa nước nóng (熱水貯留層).
Các thiết bị phát điện (発電ユニット) được đặt quanh khu vực này để thu nhiệt và chuyển đổi thành điện năng.

2. Truyền điện lên mặt biển

Điện tạo ra dưới đáy biển được truyền qua cáp lên nhà máy nổi ngoài khơi (洋上プラントへ送電).
Hệ thống này cho phép khai thác năng lượng ngay tại nguồn, không cần đưa nước nóng lên mặt biển.

3. Sản xuất nhiên liệu sạch

Tại nhà máy nổi, điện được sử dụng để sản xuất:
- Hydro (H2)
- Amoniac (NH3)
- Nhiên liệu tổng hợp
Các tàu chuyên dụng vận chuyển hydro và amoniac đến đất liền hoặc cung cấp trực tiếp cho tàu biển.

Ý nghĩa của mô hình

Tận dụng nguồn năng lượng ổn định, mật độ cao dưới đáy biển.
Không phát thải CO2 trong quá trình phát điện.
Có thể hình thành chuỗi cung ứng hoàn chỉnh:
Phát điện dưới đáy biển → Sản xuất nhiên liệu sạch ngoài khơi → Cung cấp cho tàu biển và thị trường năng lượng.

Đây là hướng đi tiềm năng cho mục tiêu khử carbon và phát triển năng lượng tái tạo quy mô lớn.