Bạn có từng nghĩ sẽ có ngày ta dùng chính lực hấp dẫn của Trái Đất để bật đèn trong nhà không? Nghe như phim viễn tưởng nhưng sắp thành hiện thực rồi nè!
Tại thị trấn Arbedo-Castione kế bên dãy Alps hùng vĩ của Thụy Sĩ, sắp có một công trình cực kỳ độc lạ: một cần cẩu cao tận 120 mét với 6 cánh tay khỏe vl, nhiệm vụ là nhấc và xếp từng khối đất nén thành một tháp cao ngút ngàn. Nhìn nó hoạt động là nhớ ngay game City Bloxx trên Nokia ngày xưa luôn! Và đỉnh cao nhất là khi cần cẩu đảo ngược lại quá trình xây tháp, lực hấp dẫn sẽ kéo từng khối đất xuống và tạo ra điện năng luôn.
Công ty Energy Vault chính là "cha đẻ" của ý tưởng bá đạo này, với mục tiêu giải quyết một trong những bài toán khó nhất của năng lượng tái tạo: làm sao lưu trữ được điện từ gió và Mặt Trời - hai thứ cực kỳ "thất thường" và phụ thuộc vào thời tiết. Hai nguồn năng lượng này tuy sạch và tiềm năng, nhưng lại quá bất ổn để làm nền tảng cho tương lai nhân loại.
Nếu không tìm ra cách tạo điện khi trời âm u hay lặng gió, thì lưới điện toàn cầu và các ngành công nghiệp quan trọng sẽ không thể nào vận hành hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo được.
"Bạn muốn 100% năng lượng cung cấp cho lưới điện không thải carbon, nhưng lại không có nhiều cách để làm được điều đó", Eric Toone - giáo sư hóa học tại Đại học Duke và giám đốc điều hành của Breakthrough Energy Ventures (quỹ đầu tư chuyên rót tiền cho các startup về năng lượng sạch) chia sẻ.
Theo ông Toone, để loại bỏ khí thải carbon khỏi ngành năng lượng thông qua Mặt Trời và gió, khả năng lưu trữ năng lượng còn phải phát triển nhiều lắm.
**Nguồn tài nguyên vô tận nhưng chẳng biết cất đâu**
Các nhà nghiên cứu và nhà đầu tư giàu có đang loay hoay tìm mọi cách để lưu trữ năng lượng tái tạo cho hiệu quả.
Hiện tại, công nghệ xịn nhất vẫn là pin lithium-ion - thứ đang "gánh team" cho toàn bộ ngành điện tử và đang cách mạng hóa ngành giao thông. Giá sản xuất pin li-ion ngày càng rẻ, nhưng tuổi thọ không cao lắm, mà còn cần đất hiếm - loại tài nguyên khan hiếm với quy trình sản xuất độc hại cực kỳ. Nhiều công ty đang tìm cách dùng các chất hóa học rẻ hơn, sạch hơn và dễ kiếm hơn như khí nén hay hydro, nhưng vẫn chưa ai tìm ra được thứ thay thế pin li-ion hiệu quả nhất.
Energy Vault là một startup tiếp cận vấn đề theo hướng khác - họ tìm kiếm nguồn tài nguyên rẻ và sẵn có. Và hóa ra đó chính là lực hấp dẫn của hành tinh ta đang đứng!
Để biến công nghệ không tưởng này thành hiện thực, công ty Thụy Sĩ này đã nhận được 110 triệu USD từ Quỹ Vision của Softbank. Công trình của họ là cần cẩu tháp 6 tay, chịu trách nhiệm xếp và dỡ 35 tấn nguyên liệu được đúc thành từng khối vuông vắn để tạo năng lượng.
Khi các hệ thống năng lượng tái tạo (như trang trại điện gió và điện Mặt Trời) tạo ra năng lượng thặng dư, thuật toán của Energy Vault sẽ ra lệnh cho cần cẩu tận dụng năng lượng đó để xếp các khối đất thành tháp cao - những khối đất lấy từ quá trình đào móng dựng chính cái cần cẩu đó.
Khi nhu cầu dùng điện tăng cao - giờ cao điểm của các hộ gia đình chẳng hạn, cần cẩu sẽ dỡ các khối đất khỏi tháp. Động lực tạo ra từ việc khối đất bị lực hấp dẫn kéo xuống sẽ làm quay máy phát và tạo điện.
Theo tính toán của Energy Vault, một dự án chuẩn với 20 cần cẩu tháp sẽ tạo ra đủ điện cho 40.000 hộ gia đình trong 24 giờ. Theo thời gian, chi phí sản xuất điện theo cách này sẽ thấp hơn cả việc dùng nhiên liệu hóa thạch nữa đó!
Ngoài công trình tại Arbedo-Castione, nhiều dự án tạo điện dựa trên lực hấp dẫn đang được phát triển tại Scotland, Đức, Mỹ và Ma-rốc.
Startup Gravitricity có trụ sở tại Edinburgh, Scotland không xây tháp mà lại tận dụng những khu mỏ bỏ hoang. Hệ thống trục sẽ kéo 12.000 tấn vật nặng lên rồi thả cho nó rơi tự do xuống mỏ sâu. Gravitricity tin rằng họ có thể tạo điện với giá chỉ bằng nửa chi phí sản xuất pin li-ion mà lại không hao phí năng lượng.
Khác với cần cẩu của Energy Vault có thể tạo điện liên tục trong 8-16 giờ, quả nặng trong lòng đất của Gravitricity chỉ tạo ra năng lượng trong khoảng 15 phút đến 8 giờ thôi.
**Đây là nỗ lực cải tiến cách tận dụng lực hấp dẫn**
Ý tưởng đằng sau các dự án này là phiên bản nâng cấp của bơm hydro đã tồn tại cả thập kỷ nay: dùng điện thừa để bơm nước lên cao, rồi khi cần điện thì đổ nước xuống chạy turbine. "Thế nhưng ta lại không thể xây đập mới vì công chúng phản đối việc lấy đất xây đập và làm thay đổi cảnh quan khu vực", CEO của công ty Gravity Energy AG, Horatio von John nói. Ông von John hiểu rõ mình sẽ phải đối mặt với phản ứng dữ dội từ cộng đồng, nên đã đầu tư vào bể ngầm dưới đất, sử dụng năng lượng thừa để vận hành piston thủy lực.
"Với công nghệ bơm hydro, ta cần nhiều kilomet vuông ở vùng đất đồi nào đó, với hồ trên cao và hồ dưới thấp rồi đặt thêm một nhà máy thủy điện nữa", ông nói. Còn bể ngầm của ông thì tiết kiệm diện tích hơn nhiều, chỉ có kích cỡ tương đương sân bóng và có khả năng tạo ra 1.000 megawatt điện trong khoảng 4 đến 10 giờ.
So sánh hai hệ thống của Gravitricity và Gravity Energy AG, ta thấy chúng kém hiệu quả hơn cần cẩu của Energy Vault. Theo các nhà phát triển cần cẩu tháp tạo điện, chỉ với quy trình bảo trì cơ bản, hệ thống có thể hoạt động được hơn 40 năm, rõ ràng hiệu quả hơn pin truyền thống xịn sò luôn. Với khoản đầu tư tầm 8-9 triệu USD, họ có thể lưu trữ năng lượng với giá khoảng 1.100 VNĐ/kilowatt-giờ điện, đi kèm "không tiêu hao năng lượng" và "chi phí vận hành thấp".
Với số tiền hơn 100 triệu USD nhận từ SoftBank, Energy Vault sẽ tăng quy mô dự án lên thêm vài lần. Robert Piconi, CEO của Energy Vault, dự định xây cần cẩu tháp cao 150 mét bên cạnh những cần cẩu 120 mét như dự kiến ban đầu.
Theo các chuyên gia, hệ thống trữ và xả điện dựa vào lực hấp dẫn sẽ là phương pháp cân bằng lưới điện cực kỳ hữu hiệu. Lượng điện sản xuất bằng hệ thống điện Mặt Trời/gió rất bất thường, có thể sinh ra nhiều nhưng lại lệch với khung giờ dùng điện của các hộ gia đình; điện Mặt Trời sinh ra nhiều vào buổi sáng, nhưng làm gì có mấy ai ở nhà dùng điện đâu? Mà điện Mặt Trời/gió lại quá bất ổn để duy trì hoạt động doanh nghiệp, từ đó dẫn đến tình trạng thặng dư năng lượng tái tạo.
Một hệ thống tận dụng lực hấp dẫn để lưu trữ điện vượt mặt pin li-ion ở hai điểm:
- Hệ thống sẽ không xuống cấp nhanh như pin: hiển nhiên vòng kéo-thả của một sợi cáp cần cẩu sẽ bền bỉ hơn phản ứng hóa học xảy ra bên trong viên pin.
- Có thể dễ dàng điều chỉnh lượng năng lượng đầu ra của cần cẩu tháp điện thông qua việc điều chỉnh cân nặng của khối vật chất. Khối nhỏ thả từ từ sẽ tạo ra lượng năng lượng vừa phải trong thời gian dài, còn khối lớn thả nhanh sẽ tạo ra luồng năng lượng mạnh.
Tuy nhiên đây không phải hệ thống hoàn hảo; công nghệ đứng đằng sau phải tính toán cân nặng và vị trí đặt từng khối một cách chính xác. Theo ông Piconi, thuật toán của Energy Vault đã có thể bù được yếu tố thời tiết hay chất lượng cần cẩu giảm sút theo thời gian rồi.
**Chỉ dựa vào hệ thống mới này thì chưa đủ đâu nha**
Trong khi ứng dụng lực hấp dẫn để lưu trữ năng lượng tái tạo, khoa học vẫn cứ cải tiến công nghệ pin li-ion cũ, bên cạnh đó tìm thêm những hướng đi mới. Suốt thời gian qua, ta vẫn liên tục thấy tin tìm ra công nghệ pin mới với mong muốn thay thế được pin lithium-ion dễ cháy nổ; đây là dấu hiệu tốt cho thấy khoa học dù chưa thành công nhưng đang đi đúng hướng rồi.
Có thể kể đến những cách sản sinh và lưu trữ năng lượng khác như biến năng lượng tái tạo thừa thành nhiệt năng. Startup Malta đang nghiên cứu việc sử dụng nhiệt để nung chảy muối ở nhiệt độ hơn 90 độ C, rồi dùng điện để làm lạnh một hợp chất khác. Khi cần năng lượng, hệ thống sẽ đảo ngược quá trình trên để có được dòng không khí lạnh và nóng, kết hợp chúng lại để tạo ra hơi nước vận hành turbine.
Thời gian gần đây, khoa học còn tìm cách tận dụng hydro - nguyên tố nhiều nhất trong Vũ trụ này - để làm nguồn nguyên liệu sạch. Ở thời điểm hiện tại, quá trình này vẫn còn tốn kém nhưng ít nhất các nhà nghiên cứu vẫn đạt được những đột phá nhất định.
Nguồn: soha.vn