Tháng 11, 2018
Thứ ba
Thứ Bảy, ngày 27/10/2018 15:12 PM (GMT+7)

Điện mặt trời siêu rẻ với vật liệu và quy trình sản xuất hoàn toàn mới

Các nhà khoa học đã phát triển được một loại vật liệu và quy trình sản xuất mới, giúp sử dụng ánh sáng mặt trời dưới dạng nhiệt năng một cách hiệu quả hơn, từ đó làm giảm chi phí sản xuất điện mặt trời so với hiện nay.

Điện mặt trời siêu rẻ với vật liệu và quy trình sản xuất hoàn toàn mới - 1

Bằng cách sử dụng các tấm composite gốm-kim loại sẽ giúp sản xuất điện từ nhiệt mặt trời rẻ hơn và hiệu quả hơn. Ảnh minh họa: Đại học Purdue

Điện mặt trời chiếm chưa đầy 2% lượng điện tiêu thụ ở Mỹ, nhưng sắp tới, tỷ lệ này sẽ tăng lên nhanh chóng khi chi phí sản xuất và lưu trữ điện mặt trời đang ngày một rẻ hơn.

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại đại học Purdue đã phát triển một loại vật liệu và quy trình sản xuất mới, nhằm sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng một cách hiệu quả hơn để sản xuất điện.

Sáng kiến này là một bước tiến quan trọng nhằm giảm chi phí sản xuất điện từ nhiệt năng mặt trời, tạo ưu thế cạnh tranh về giá thành với điện sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch. Hiện nay, điện sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch chiếm đến 60% lượng điện sản xuất ở Mỹ.

“Lưu trữ điện mặt trời dạng nhiệt chắc chắn là rẻ hơn so với lưu trữ điện trong pin, vì thế bước tiếp theo là phải giảm chi phí sản xuất điện từ nhiệt năng mặt trời, đồng thời góp phần giúp giảm lượng khí thải nhà kính xuống mức bằng 0”, ông Kenneth Sandhage, Giáo sư Kỹ thuật vật liệu thuộc Đại học Purdue, cho biết.

Nghiên cứu này được thực hiện với sự hợp tác giữa đại học Purdue, Viện Công nghệ Georgie, Đại học Wisconsin-Madison và Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, Mỹ.

Điện mặt trời không chỉ được tạo ra bằng những tấm thu nhiệt đặt trên các cánh đồng hoặc trên mái nhà, mà còn được sản xuất tập trung trong các nhà máy điện. Các nhà máy điện mặt trời tập trung biến nhiệt năng mặt trời thành điện bằng cách sử dụng các tấm gương hoặc các thấu kính để hội tụ ánh nắng mặt trời vào một khu vực nhỏ, tạo ra nhiệt, và lượng nhiệt này được chuyển đến một khối muối nóng chảy. Nhiệt từ muối nóng chảy sau đó được chuyển đến CO2 lỏng “hoạt động” siêu tới hạn, loại CO2 lỏng này lan ra và làm xoay tuabin để tạo ra điện.

Để sản xuất điện mặt trời rẻ hơn thì cùng một lượng nhiệt tương tự, động cơ tuabin buộc phải sản xuất ra nhiều điện hơn, nghĩa là động cơ này sẽ phải chạy ở nhiệt độ cao hơn. Vấn đề đó là các bộ trao đổi nhiệt giúp chuyển nhiệt từ muối nóng chảy sang chất lưu, hiện nay được sản xuất từ thép không rỉ, hoặc các loại hợp kim chứa niken, mà các loại vật liệu này trở nên quá mềm ở nhiệt độ và áp suất quá cao của CO2 siêu tới hạn.

Lấy cảm hứng từ vật liệu đã được nhóm nghiên cứu trước đây để tạo ra những loại vật liệu composite có thể giải quyết được đồng thời vấn đề nhiệt độ và áp suất cao cho các ứng dụng như là các đầu đạn tên lửa nhiên liệu rắn, ông Sandhage và Asegun Henry, thuộc Viện Công nghệ Massachusetts đã tạo ra một loại vật liệu composite tương tự cho các bộ trao đổi nhiệt với tính năng chịu nhiệt và chịu áp lực tốt hơn.

Có hai loại vật liệu đáp ứng được yêu cầu này để tạo ra một loại hỗn hợp vật liệu composite là gốm cac-bua ziriconi và kim loại vônfram. Các nhà nghiên cứu thuộc đại học Purdue đã tạo ra các tấm composite gốm-kim loại này. Trên cơ sở những mô phỏng các kênh đã được nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Georgia Tech thực hiện, các tấm composite này chứa các kênh tùy chỉnh làm biến đổi sự trao đổi nhiệt.

Điện mặt trời siêu rẻ với vật liệu và quy trình sản xuất hoàn toàn mới - 2

Các thử nghiệm cơ học được nhóm nghiên cứu thuộc phòng Thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge thực hiện và các thử nghiệm ăn mòn, được nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Wisconsin-Madison cho thấy, loại vật liệu composite mới này có thể biến đổi để chịu được CO2 siêu tới hạn có nhiệt độ và áp suất cao, giúp sản xuất điện hiệu quả hơn so với các bộ trao đổi nhiệt hiện nay.

Theo phân tích của Viện Công nghệ Georgia Tech và các nhà nghiên cứu thuộc đại học Purdue, việc sản xuất với quy mô lớn các bộ trao đổi nhiệt này cũng có chi phí tương đương, hoặc rẻ hơn so với những bộ trao đổi nhiệt làm bằng thép không rỉ hoặc hợp kim niken.

“Chắc chắn, với sự phát triển không ngừng, thì công nghệ này sẽ cho phép chúng ta hòa nguồn điện mặt trời vào lưới điện trên quy mô lớn, giúp giảm nhanh lượng khí thải CO2 phát ra từ sản xuất điện hiện nay”, ông Sandhage cho biết.

Phước Anh (Sciencedaily)

Tin đọc nhiều

Tái định nghĩa kilogram: Nỗ lực không ngừng xuyên thế kỷ Đại diện của hơn 60 quốc gia đã có mặt tại Versailles, Pháp...
Siêu vật liệu dán cửa kính giúp tiết kiệm hàng triệu đô tiền điện Khi nhiệt độ ngoài trời trên 32 độ C, cửa sổ được dán film...
Nô lệ tình dục: Di sản đau thương Qua những câu chuyện mà các nô lệ tình dục của quân đội Nhật...
Gạo lứt rang có tác dụng gì mà GS thực dưỡng Nhật Bản khuyên dùng? Qua nhiều năm nghiên cứu, GS.BS. Tsurumi Takashi đã khẳng...