Canada đã đặt ra mục tiêu đầy tham vọng là đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.
Nguồn: Pixabay từ Pexels
Chìa khóa để đạt được mục tiêu này sẽ là khử cacbon cho lưới điện của đất nước.
Các nguồn năng lượng tái tạo sẽ là một khía cạnh quan trọng của các kế hoạch này. Nhưng trong khi các nguồn năng lượng này vừa rẻ vừa ngày càng dễ tiếp cận, một vấn đề mà chúng vẫn phải đối mặt là tính biến động. Xét cho cùng, mặt trời không phải lúc nào cũng chiếu sáng và gió không phải lúc nào cũng thổi khi cần điện.
Nguồn năng lượng tái tạo chủ yếu của Canada—thủy điện, chiếm gần 62% tổng sản lượng điện tái tạo của Canada vào năm 2022—cũng rất dễ bị tổn thương do biến đổi khí hậu. Lượng mưa thấp vào năm 2023 đã làm giảm mực nước hồ chứa ở Canada xuống dưới mức trung bình. Điều này dẫn đến việc xuất khẩu điện sang Hoa Kỳ giảm 25%. Tình hình thậm chí còn tệ hơn ở British Columbia, nơi BC Hydro phải nhập khẩu điện để đáp ứng nhu cầu của tỉnh.
Trước những thách thức này, những câu hỏi quan trọng đặt ra là liệu các nguồn năng lượng tái tạo có thể đáp ứng được nhu cầu năng lượng hiện tại và trong tương lai hay không.
Một cách để giải quyết vấn đề này là xây dựng các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Chúng có khả năng lưu trữ năng lượng tái tạo dư thừa khi có nhiều và triển khai khi cần.
Lưu trữ năng lượng
Khoảng 90% công suất năng lượng toàn cầu được lưu trữ bằng hệ thống lưu trữ năng lượng thủy điện tích năng.
Hệ thống này lưu trữ năng lượng bằng cách bơm nước từ hồ chứa ở tầng thấp hơn lên hồ chứa ở tầng cao hơn bằng máy bơm điện chạy bằng nguồn năng lượng tái tạo. Để giải phóng năng lượng được lưu trữ này, quá trình ngược lại xảy ra—vì vậy nước ở tầng cao chảy xuống qua các tuabin, tạo ra điện.
Lưu trữ năng lượng thủy điện bơm hiện là phương pháp lưu trữ năng lượng được mong muốn nhất. Điều này là do nó có thể có tuổi thọ lên đến 100 năm, hiệu quả cao và rất tiết kiệm chi phí.
Tuy nhiên, một nhược điểm lớn của các hệ thống lưu trữ này là điều kiện địa lý cần thiết để chúng hoạt động. Các hệ thống này dựa vào lượng nước lớn chảy qua các độ cao khác nhau. Điều này gây ra chi phí đáng kể. Ngoài ra còn có những lo ngại về môi trường, vì cần phải xây dựng một cơ sở hạ tầng lớn.
Nhưng trong một số trường hợp, một loại pin gốc nước có thể cung cấp một cách tốt hơn để lưu trữ năng lượng tái tạo để sử dụng trên quy mô lớn mà không cần nhiều không gian và cơ sở hạ tầng như hệ thống thủy điện tích năng.
Pin dòng chảy oxy hóa khử nước là loại pin lưu trữ năng lượng trong các bình chứa bên ngoài chứa đầy dung dịch gốc nước. Các dung dịch này sau đó được bơm và tuần hoàn qua cell điện hóa của pin, gây ra các phản ứng cho phép pin giải phóng và lưu trữ năng lượng cho đến khi cần thiết.
Những loại pin này có thể lưu trữ và giải phóng năng lượng trong nhiều năm. Một số công ty tuyên bố chúng có thể sử dụng tới 25 năm.
Bên cạnh tuổi thọ dài, pin dòng chảy oxy hóa khử nước có khả năng tiết kiệm chi phí hơn khi mở rộng quy mô so với các loại pin khác—chẳng hạn như pin lithium-ion thông thường có trong điện thoại và ô tô của chúng ta. Chúng cũng an toàn hơn nhiều so với pin thông thường, vì chất điện phân gốc nước có nghĩa là không có nguy cơ cháy nổ.
Pin dòng chảy oxy hóa khử nước có khả năng mở rộng cao do thiết kế dạng mô-đun của chúng. Có thể tăng dung lượng lưu trữ bằng cách xây dựng các bể chứa lớn hơn mà không cần phải thay đổi toàn bộ hệ thống. Điều này làm cho chúng hữu ích cho cả các dự án quy mô nhỏ và lớn—cho dù đó là cung cấp điện cho một ngôi nhà hay toàn bộ cộng đồng.
Những loại pin này có tiềm năng mang lại lợi ích cho ngành năng lượng bằng cách cung cấp một cách đáng tin cậy để quản lý nguồn cung cấp năng lượng không ổn định. Chúng cũng có thể phù hợp để cung cấp năng lượng tái tạo đáng tin cậy ở các cộng đồng nông thôn và trong quá trình phục hồi sau thảm họa.
Pin dòng chảy oxy hóa khử nước lớn nhất thế giới mới được xây dựng tại Trung Quốc. Giả sử mức tiêu thụ trung bình là một kilowatt-giờ mỗi giờ cho mỗi hộ gia đình, thì riêng một pin này có thể cung cấp điện cho khoảng 58.000 ngôi nhà trong 12 giờ.
Pin dòng chảy oxy hóa khử nước cũng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác. Ví dụ, khi xe điện trở nên phổ biến hơn, công nghệ này có thể phù hợp để hỗ trợ các trạm sạc EV. Hàn Quốc thậm chí đã công bố vào năm 2021 rằng những loại pin này sẽ được thử nghiệm để nâng cao cơ sở hạ tầng sạc EV.
Điều này đặc biệt có liên quan ở Canada, với kế hoạch đưa 12,4 triệu xe không phát thải vào hoạt động vào năm 2035.
Giới hạn pin
Mặc dù pin dòng chảy oxy hóa khử trong nước thương mại có nhiều ưu điểm nhưng hạn chế chính của chúng là chi phí.
Hiện nay, pin dòng chảy oxy hóa khử nước thương mại dựa vào các vật liệu đắt tiền và hiếm, chẳng hạn như vanadi. Điều này khiến chúng quá đắt để áp dụng rộng rãi.
Các vật liệu hữu cơ rẻ hơn, phong phú hơn (như anthraquinone) có thể thay thế vanadi trong các loại pin này. Nhưng vật liệu hữu cơ đi kèm với những thách thức riêng. Hiện nay, một số loại pin dòng chảy oxy hóa khử hữu cơ tiết kiệm chi phí bị phân hủy nhanh hơn nhiều so với các loại pin làm bằng vanadi, có thể tồn tại trong nhiều thập kỷ.
Tuy nhiên, nghiên cứu hiện nay đang có những tiến bộ đáng kể trong việc cải thiện độ ổn định của vật liệu hữu cơ - giúp kéo dài tuổi thọ của pin dòng oxy hóa khử hữu cơ giá rẻ, khiến chúng trở thành một giải pháp thay thế ngày càng khả thi.
Với chi phí hiện tại của các vật liệu cần thiết để sản xuất pin dòng chảy redox thương mại và tuổi thọ ngắn của các hợp chất hữu cơ tiết kiệm chi phí, công nghệ này vẫn chưa hoàn toàn sẵn sàng để sử dụng rộng rãi. Việc tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ rất quan trọng. Nếu chúng ta có thể vượt qua những thách thức hiện tại này và khai thác hết tiềm năng của pin dòng chảy redox hữu cơ, chúng có thể trở thành một thành phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng tái tạo.
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
