MoST - công nghệ lưu trữ năng lượng trong tương lai

Một trong những bài toán mà ngành năng lượng trên thế giới hiện đang quan tâm giải quyết là vấn đề lưu trữ năng lượng khi sản xuất ra để sử dụng lâu dài, trong đó có năng lượng mặt trời.

Tương lai năng lượng mặt trời sẽ được đóng trong chai.

Theo Tạp chí công nghệ Mỹ Goodnewsnetwork (GNO), nhóm chuyên gia ở Đại học Bách khoa Chalmers Thụy Điển (CUT) vừa phát triển thành công chất lỏng đặc biệt có thể hấp thu năng lượng mặt trời, đóng thành chai lưu trữ dài tới hai thập kỷ.

Giáo sư Kasper Moth-Poulsen, thành viên nhóm nghiên cứu của CUT cho biết mỗi chai 1 kg này có thể lưu giữ 250Wh năng lượng, gọn nhẹ và hiệu quả hơn nhiều so với các tấm pin năng lượng mặt trời hiện có. Đặc biệt, hệ thống này không thải ra khí carbon dioxide (CO2) và các chất gây hiệu ứng nhà kính khác. Nếu thành công, tương lai các hộ gia đình có thể tự sản xuất và lưu trữ năng lượng dùng dần, nếu thừa có thể bán cho các công ty năng lượng của địa phương. Đây là dự án mới mẻ, khả thi và đầy triển vọng, góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm nhiên liệu do nguồn tài nguyên trong lòng đất dần cạn kiệt.

Chất lỏng được CUT tạo ra là các phân tử dạng lỏng, gồm carbon, hydro, nitơ; khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các liên kết giữa những phân tử được sắp xếp lại và biến thành một dạng cấu trúc có khả năng lưu trữ năng lượng lâu dài trong các bình lọ kín. Khi đông về, hoặc ban đêm, hay khi trời không có nắng, hỗn hợp phân tử có chứa năng lượng sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt thông qua chất xúc tác. "Năng lượng trong chất lỏng được lưu trữ đến 18 năm và khi sử dụng sự gia tăng nhiệt độ còn cao hơn hơn cả mong đợi", Giáo sư Kasper Moth-Poulsen nhấn mạnh.

Các nhà nghiên cứu đã đưa chất lỏng qua quy trình thử nghiệm hơn 125 lần, thu và xả nhiệt mà không gây tổn hại đáng kể cho các phân tử trong chất lỏng. Hiện tại, chất lỏng này đã được thử nghiệm quy mô lớn hơn với một hệ thống thu nhận năng lượng được đặt trên mái nhà của CUT, kết quả thu hút sự quan tâm của nhiều nhà đầu tư. 

Công nghệ đóng chai năng lượng mặt trời của CUT có tên MoST (Molecular solar thermal - Lưu trữ năng lượng mặt trời phân tử). Chìa khóa công nghệ là một tập hợp các chất đồng phân hình ảnh (photo-isomers) có khả năng lưu trữ năng lượng, hay còn được gọi là các phân tử có thể chuyển đổi hình ảnh, thường có mặt trong một cấu hình hóa học (phân tử mẹ) cho đến khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Dạng năng lượng này khiến chúng tăng năng lượng hóa học riêng cho đến khi chúng chuyển đổi thành cấu hình khác (đồng phân năng lượng cao hoặc ổn định meta), trong đó, chúng có thể giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Khi điều này đạt được, các đồng phân trở lại dạng ban đầu cho đến khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời một lần nữa.

Quá trình chuyển đổi nhiệt thành điện giống như trong các nhà máy đốt nhiên liệu hóa thạch hiện nay. Ưu điểm của công nghệ MoST là có trọng lượng phân tử thấp, vận chuyển và lưu trữ an toàn, ổn định và không phát thải độc hại. Trên thực tế, nó có thể được sản xuất bằng cách sử dụng carbon dư trong bầu khí quyển.

Sơ đồ lưu trình công nghệ MoST

Công nghệ MoST có thể tóm tắt như sau: Chất lỏng chạy qua một bộ thu nhiệt mặt trời lõm có một đường ống chạy qua tâm. Bộ thu nhiệt gom ánh sáng mặt trời vào đường ống, nhiên liệu chạy qua nó, tạo ra quá trình chuyển đổi norbornadiene thành chất đồng phân bẫy nhiệt. Nhiên liệu tích điện sau đó chảy qua ống trong suốt đi vào bể chứa, hoặc có thể được chuyển hướng và vận chuyển đi nơi khác để sử dụng. Để giải phóng năng lượng nhiên liệu, nó được đưa qua chất xúc tác, nhờ phản ứng hóa học để chuyển nhiên liệu trở lại thành chất lỏng có nhiệt độ được tăng thêm 63oC. Ví dụ, nếu nhiên liệu đi vào chất xúc tác ở 20oC, thì khi đi ra ở mức 83oC. Ở dạng này, chất lỏng có thể được sử dụng để sưởi ấm nhà hoặc được sử dụng cho bất kỳ hệ thống nào khác phụ thuộc vào chất lỏng được làm nóng như máy nước nóng, máy rửa chén hoặc máy sấy quần áo hay nhiều ứng dụng khác.

Công nghệ MoST được xem là khá mới mẻ và đạt được thành công bất ngờ mặc dù mới qua một thời gian ngắn nghiên cứu và thử nghiệm. Để hoàn thiện, cần phải có thêm nhiều nghiên cứu, tinh chỉnh và tối ưu để tạo thành giải pháp năng lượng mặt trời bền vững và khả thi. Các nhà nghiên cứu kỳ vọng trong vòng một thập kỷ nữa, chai năng lượng mặt trời sẽ được bán rộng rãi, với dung tích 1kg chất lỏng chứa đến 250Wh năng lượng.

 

 


  • 17/12/2019 09:30
  • Khắc Nam (Theo GNO/ESC/WO - 11/2019)