Lưu Giữ Năng Lượng Mặt Trời Bằng Chất Lỏng

Một lần nữa, những bảo bối trong bộ truyện Doraemon cho thấy những dự báo về công nghệ đi trước thời đại. Trong một tập truyện ngắn, chú mèo máyDoraemon đã trình diễn khả năng gom ánh sáng Mặt Trời lại thành các viên đá, có thể dùng để chiếu sáng hoặc sưởi ấm bất cứ khi nào cần thiết. Khoảng giữa tháng 11/2018, các nhà khoa học đã biến điều đó thành sự thực, dù nó hơi khác một chút so với trong truyện.

Theo đó, các nhà khoa học Thụy Điển đã phát triển một chất lỏng đặc biệt, được gọi là nhiên liệu nhiệt Mặt Trời (solar thermal fuel), có thể lưu trữ năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời trong hơn một thập kỷ.

Đặt bẫy với ánh sáng Mặt Trời

Jeffrey Grossman, kỹ sư làm việc về vật liệu này tại MIT giải thích với NBC News: “Nhiên liệu nhiệt Mặt Trời như một viên pin có thể sạc lại được, nhưng thay vì dùng điện, ta chiếu ánh sáng Mặt Trời vào đó và nhiệt sẽ tỏa ra, kích hoạt theo yêu cầu”. Thực tế, chất lỏng là một phân tử ở dạng lỏng đang được các nhà khoa học đến từ Đại học Chalmers University of Technology, Thụy Điển nghiên cứu để cải thiện trong hơn một năm.

Phân tử được tạo thành từ Carbon, Hydro và Nitrogen, và khi tiếp xúc với ánh sáng Mặt Trời, nó sẽ có những hành vi bất thường: liên kết giữa các nguyên tử của nó sẽ được sắp xếp lại và nó chuyển thành một phiên bản mới có mức năng lượng cao hơn, được gọi là chất đồng phân isomer. Lúc bấy giờ, giống như con mồi mắc vào bẫy, năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời sẽ bị giữ lại trong các liên kết hóa học vững chắc của isomer và nó sẽ giữ nguyên trạng thái đó cho đến khi phân tử nguội lại đến nhiệt độ phòng.

Khi cần sử dụng năng lượng - trong đêm tối hoặc trong mùa đông lạnh - chất lỏng chỉ cần được rút ra thông qua một chất xúc tác để trở lại dạng ban đầu của nó, giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Nhà khoa học vật liệu nano Kasper Moth-Poulsen từ Đại học Chalmers, một thành viên trong nhóm nghiên cứu cho biết: “Năng lượng trong dạng chất isomer có thể được lưu giữ đến 18 năm. Và khi chúng tôi trích xuất năng lượng đó ra và sử dụng nó, chúng tôi nhận thấy nhiệt độ tăng lên còn lớn hơn cả chúng tôi từng kỳ vọng.”

Hiện trên nóc một tòa nhà của trường đại học đang đặt một nguyên mẫu của hệ thống năng lượng mới với chất lỏng mới bên trong để thử nghiệm, và theo các nhà nghiên cứu, kết quả đã thu hút sự chú ý của một số nhà đầu tư.

Sưởi ấm cả năm miễn phí

Thiết bị năng lượng tái tạo, không phát thải được tạo thành bằng một tấm gương phản chiếu dạng lòng chảo, với một ống dẫn được đặt ở chính giữa để nhận được tối đa ánh sáng Mặt Trời, giống các chảo vệ tinh. Hệ thống hoạt động chu trình tuần hoàn. Được bơm qua các ống trong suốt, chất lỏng được làm nóng dưới ánh sáng Mặt Trời, chuyển các phân tử norbornadiene (một hợp chất hữu cơ) thành các isomer lưu giữ nhiệt, có tên Quadricyclane. Chất lỏng sau đó được lưu lại dưới nhiệt độ phòng với một ít năng lượng bị thất thoát.

Khi cần sử dụng năng lượng, chất lỏng sẽ được lọc qua một chất xúc tác đặc biệt để chuyển các phân tử trở lại dạng ban đầu của chúng, làm ấm chất lỏng lên 63 độ C. Các nhà nghiên cứu hy vọng chất lỏng được làm ấm có thể được sử dụng cho các hệ thống nhiệt trong nhà, như các bình nước nóng trong tòa nhà, các máy rửa bát, các máy sấy quần áo và nhiều thiết bị khác nữa, trước khi được đưa trở lại nóc nhà để hấp thụ lại ánh sáng Mặt Trời, bắt đầu một chu trình mới. Chu trình chất lỏng hấp thụ nhiệt đã được các nhà nghiên cứu chạy thử 125 lần, và họ nhận thấy việc hấp thụ nhiệt và phát ra môi trường không gây ra các thiệt hại đáng kể nào cho phân tử.

Ông Moth-Poulsen cho biết: “Gần đây chúng tôi đã đạt được nhiều tiến bộ quan trọng, và hiện chúng tôi đang có một hệ thống năng lượng hoàn toàn không phát thải có thể hoạt động cả năm”. Theo NBC, sau một loạt các tiến bộ nhanh chóng, các nhà nghiên cứu tuyên bố chất lỏng mới của họ có thể lưu giữ năng lượng với công suất lên đến 250 Wh trên mỗi kilogram, gấp đôi dung tích năng lượng của khối pin Tesla Powerwall (khối pin Powerwall 2 của Tesla có dung tích 13.5 kWh trong khối lượng 120 kg).

Tuy nhiên, nó vẫn còn nhiều vấn đề cần cải thiện. Nếu vận hành một cách chính xác, các nhà khoa học tin rằng mình có thể thu được nhiều nhiệt hơn nữa từ hệ thống mới, ít nhất tới hơn 110 độ C. Ông Moth-Poulsen chia sẻ: “Vẫn còn rất nhiều điều cần làm. Chúng tôi mới chỉ làm hệ thống mới hoạt động. Hiện chúng tôi cần đảm bảo mọi thứ đã được thiết kế tối ưu”