Điện gió trên những cánh diều, công nghệ mới cho các nước nghèo

/in /by

Hệ thống năng lượng gió trên không (AWES) là một công nghệ mới nhằm khai thác năng lượng sức gió. Tháp trụ và cánh quạt nặng, đắt tiền của một tuabin gió thông thường được thay thế bằng dây buộc neo nhẹ, phương tiện bay (diều khổng lồ linh hoạt hoặc máy bay không người lái lớn).

Có hai sơ đồ điện gió sử dụng phương tiện bay, sơ đồ thứ nhất là trạm nguồn mặt đất, AWES sử dụng lực căng của dây buộc để quay rotor một máy phát điện trên mặt đất.

Sơ đồ thứ 2 là trạm nguồn bay, năng lượng điện được sinh ra từ các tuabin gió trên phương tiện bay và truyền xuống trang thiết bị khai thác sử dụng điện mặt đất bằng dây dẫn.

Trong cả hai trường hợp, AWES đều có chi phí lắp đặt và vật liệu thấp, hoạt động trên độ cao lớn (trên 500m) nơi gió mạnh hơn và ít bị gián đoạn.

Những hệ thống phát điện này có ảnh hưởng đến tầm quan sát thấp, vận chuyển tương đối dễ dàng, rất phù hợp cho việc sản xuất năng lượng ở những khu vực xa xôi và và địa hình.

Nghiên cứu viên Gonzalo Sánchez Arriaga và đồng nghiệp Ramón y Cajal tại khoa Kỹ thuật sinh học và hàng không vũ trụ tại UC3M Đại học Madrid mang tên Charles III (University Charles III of Madrid) giải thích: AWES là những công nghệ điện gió đột phá, hoạt động ở độ cao lớn và tạo ra năng lượng điện với hiệu suất cao.

Những công nghệ này tích hợp các nguyên tắc của những ngành khoa học được biết rõ là ngành kỹ thuật điện và hàng không dân dụng. Bao gồm như thiết kế máy điện, aeroelasticity (sự kết hợp và tương tác giữa khí động học và các cấu trúc phi chuẩn) và điều khiển học, với các ngành mới và phi truyền thống như máy bay không người lái và động lực tether (dây neo).

Trong khuôn khổ công trình khoa học, các nhà nghiên cứu UC3M trình bày mô phỏng hệ thống điện gió bay mới cho AWES trong một bài báo khoa học được xuất bản gần đây trong tạp chí Mô hình toán học ứng dụng (Applied Mathematical Modelling).

“Chương trình mô phỏng có thể được sử dụng để nghiên cứu hoạt động của AWES, tối ưu hóa thiết kế và xác định các quỹ đạo bay để tối đa hóa năng lượng điện gió”, ông Ricardo Borobia Moreno, kỹ sư hàng không vũ trụ thuộc Lĩnh vực Cơ khí Hàng không, Viện Công nghệ Hàng không Quốc gia Tây Ban Nha ( INTA) và đang làm luận án tiến sĩ trong khoa Kỹ thuật Sinh học và Hàng không vũ trụ tại trường UC3M.

Phần mềm mô phòng, thuộc sở hữu của UC3M, được đăng ký bản quyền và có thể được tải xuống và sử dụng miễn phí cho các nhóm khác nghiên cứu.

Cùng với chương trình mô phỏng, các nhà nghiên cứu phát triển một bộ trang bị thử nghiệm bay cho AWES. Hai cánh diều được lắp đặt một số dụng cụ và những dữ liệu then chốt như vị trí và tốc độ của diều, góc mở mũi diều và bán kính elip cánh diều, độ căng của dây, được ghi lại trong nhiều lần cho diều bay thử nghiệm.

Dữ liệu thử nghiệm sau đó được sử dụng để phát triển các phần mềm công cụ khác nhau, ví dụ như chương trình mô phỏng và một phần mềm công cụ ước tính các tham số khác nhau, đặc trưng cho trạng thái của diều tại mỗi thời điểm.

Việc chuẩn bị các cuộc thử nghiệm đòi hỏi đầu tư đáng kể về thời gian, công sức và nguồn lực, nhưng hệ thống thu hút được sự quan tâm từ một số lượng lớn sinh viên Trường UC3M.

Theo Gonzalo Sánchez Arriaga, ngoài việc nghiên cứu để phát triển công nghệ điện gió mới, dự án làm phong phú thêm các hoạt động giảng dạy, nhiều người trong số họ đã thực hiện các luận án tốt nghiệp đại học và thạc sĩ bằng công nghệ AWES.

Theo Baokhoahocdoisong (6/8/2019)

Thành phố bọt biển – giải pháp chống ngập cho nội đô

/in /by

Chỉ một vài năm trở lại đây, Bằng Tường thuộc tỉnh Giang Tây Đông Nam Trung Quốc chuyển mình từ đô thị hay bị ngập lụt mỗi mùa mưa về thành một “thành phố bọt biển” kiểu mẫu.

Không giống nhiều người đam mê nhiếp ảnh khác, ông Yu – 63 tuổi, một cán bộ ngân hàng nghỉ hưu – luôn tỏ ra hứng thú với một chủ đề rất đời thường: Hệ thống thoát nước của thành phố.

“Trong quá khứ, mỗi khi mưa lớn xuất hiện, Bằng Tường ngập kín như biển. Có lần tôi còn chứng kiến một cây cầu bị đổ sập vì ngập lụt”, ông Yu chia sẻ.

Là vùng đất có núi bao quanh và một vài con sông lớn chảy qua, Bằng Tường thường xuyên phải hứng chịu cảnh ngập lụt đô thị trong mùa mưa.

Để xử lý vấn đề này, giới chức chính quyền địa phương đã quyết định xây dựng “thành phố bọt biển” nhằm giúp thấm hút lượng nước dư thừa thông qua hệ thống thoát nước được nâng cấp, hồ lọc, đất ẩm và gạch thấm.

Năm 2015, Bằng Tường được chọn là một trong 16 thành phố thí điểm trong dự án“bọt biển”. Giới chức địa phương ban đầu chỉ thành lập một khu vực thử nghiệm rộng 33 km2, trước khi áp dụng cho toàn thành phố.

Trung tâm triển lãm trưng bày dự án “thành phố bọt biển” tại Bằng Tường, Trung Quốc. Ảnh: Tân Hoa Xã

Tại thượng nguồn các sông chạy qua thành phố, chính quyền xây dựng thêm nhiều kênh đào để chuyển hướng dòng chảy của nước. Tại trung nguồn, họ đào hồ để hạn chế nước ngập lên cao đỉnh điểm và để trữ nước. Đến phần hạ nguồn, thành phố lắp đặt thêm nhiều trạm bơm để đẩy mạnh khả năng tháo nước.

“Thay vì chỉ đơn giản đào đường ống cho nước dư thừa chảy vào, chúng tôi cũng tập trung vào việc làm cho thành phố hoạt động giống như một miếng bọt biển”, Liu Min – Phó giám đốc tài nguyên thiên nhiên và phòng kế hoạch của Bằng Tường – cho hay.

Nhiều năm nỗ lực xây dựng một “thành phố bọt biển” ở Bằng Tường đã được đền đáp. “Sau năm 2017, không hề xảy ra ngập lụt ở quận dễ bị ảnh hưởng Wanlongwan. Hơn 40.000 cư dân đã thoát khỏi cảnh lội nước mỗi khi mưa về”, ông Yu cho biết.

Xây dựng “thành phố bọt biển” tại Bằng Tường cũng mang lại cơ hội kinh doanh mới cho các lĩnh vực liên quan. Công ty TNHH công nghiệp Jiangxi Longfa được hưởng lợi từ dự án bằng cách sản xuất một loại gạch thấm mới.

“Những viên gạch này có thể hút nước như một miếng bọt biển”, Huang Yong, Tổng giám đốc công ty, cho biết, “Năm 2018, 70 triệu NDT gạch được bán ra. Chúng tôi từng là một công ty chuyên làm gốm sứ truyền thống. Dự án “thành phố bọt biển” đã đem đến cho chúng tôi những cơ hội kinh doanh mới”.

Theo Hanoimoi.vn (6/8/2018)

Úc phát triển phương pháp mới phân hủy hạt vi nhựa trong nước

/in /by

Phương pháp mới để làm sạch nước khỏi các hạt vi nhựa bằng cách sử dụng các lò xo carbon pha tạp nitơ từ tính cỡ nhỏ (magnetic N-doped nanocarbon springs) do các nhà khoa học Úc phát triển giúp phân hủy những hạt vi nhựa thành các hợp chất không gây hại.

Theo Matter, các nhà nghiên cứu Úc đã phát triển một phương pháp mới để làm sạch nước khỏi các hạt vi nhựa bằng cách sử dụng các lò xo carbon pha tạp nitơ từ tính cỡ nhỏ (magnetic N-doped nanocarbon springs).

Giáo sư Shaobin Wang tại Đại học Adelaide giải thích rằng trong nước một hạt vi nhựa có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại.

Hạt vi nhựa gây ô nhiễm vi mô trong các hệ thủy sản đã tới mức đáng báo động trên quy mô toàn cầu – Ảnh: picture alliance

Sau khi hấp thụ thì những hạt nhựa có thể giải phóng các hợp chất này vào các sinh vật dưới nước, khiến chúng tích tụ trong suốt chuỗi thức ăn. Các lò xo nano carbon của các nhà khoa học đủ mạnh và ổn định để phân hủy hạt vi nhựa thành hợp chất không gây hại.

Các hạt vi nhựa thường thâm nhập vào nước theo hai cách. Ở dạng hạt và bột, hạt vi nhựa ban đầu được thêm vào mỹ phẩm, hóa chất gia dụng, sản phẩm vệ sinh, được sử dụng trong sản xuất vải, lốp ô tô.

Các hạt vi nhựa nhỏ đến mức chúng không thể được lọc trong quá trình lọc nước công nghiệp. Nhựa thứ cấp được hình thành khi các vật phẩm lớn như chai và túi nhựa, bị phân hủy thành các hạt nhỏ dưới tác động của ánh sáng mặt trời, muối và cát.

Các nhà nghiên cứu Úc đã tìm được cách phân hủy hạt vi nhựa. Nhựa bao gồm các phân tử hóa học nhỏ lặp đi lặp lại được xếp thành chuỗi dài – polymer.

Các gốc oxy hóa cao (highly oxidizing radicals) có thể phá vỡ chuỗi dài thành các mảnh nhỏ có thể hòa tan trong nước. Tuy nhiên, trong quá trình này nếu sử dụng các kim loại nặng như sắt hoặc cobal, rất nguy hiểm.

Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một giải pháp thân thiện với môi trường hơn dưới dạng những dây lò xo nano carbon có bổ sung thêm nitơ (magnetic N-doped nanocarbon springs).

Những ống xoắn như vậy đã giúp phân hủy một phần đáng kể của hạt vi nhựa trong vòng 8 giờ, trong khi vẫn ổn định trong điều kiện oxy hóa khắc nghiệt. Dạng xoắn ốc tăng sức mạnh và tăng diện tích bề mặt phản ứng.

Bằng cách đưa một lượng nhỏ mangan vào ống nano, các nhà nghiên cứu đã có thể truyền những đặc tính từ tính cho ống nano. Trong tương lai, điều này sẽ giúp dễ dàng thu thập các ống nano từ dòng nước thải để tái sử dụng.

Do các hạt vi nhựa khác nhau về thành phần hóa học, những phát triển tiếp theo sẽ tập trung vào việc làm cho các lò xo nano mang tính vạn năng hơn. Các nhà khoa học cho biết thêm rằng những sản phẩm phụ từ quá trình oxy hóa nhựa có thể là nguồn năng lượng cho vi sinh vật.

Giáo sư Shaobin Wang kết luận rằng nếu các nhà khoa học tìm ra cách sử dụng nhựa gây ô nhiễm để làm thức ăn cho tảo thì đây sẽ là một chiến thắng vang dội của công nghệ sinh học trong việc giải quyết các vấn đề môi trường,

Theo Motthegioi.vn (3/8/2019)

Tạo ra điện từ hỗn hợp nước thải và nước biển

/in /by

Các nhà nghiên cứu tại Stanford vừa phát triển thành công công nghệ thu thập năng lượng tái tạo tại vùng ven biển, nơi giao giữa nước mặn và nước ngọt.

Thứ điện đặc biệt này được gọi là năng lượng xanh biển – blue energy, đây cũng là tên gọi chung cho mọi loại điện có quá trình sản xuất liên quan tới biển. Đặc biệt hơn nữa, công nghệ mới đủ rẻ để áp dụng được ngay, đủ bền vững để tính tới chuyện lâu dài.

Thứ điện đặc biệt này được gọi là năng lượng xanh biển – blue energy.

Trong báo cáo nghiên cứu mới, được đăng tải trên trang ACS Omega thuộc Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, các nhà khoa học mô tả một thiết bị pin tân tiến, cho phép những nhà máy xử lý nước thải dọc bờ biển có thể tự tạo năng lượng để vận hành, không cần móc nối với lưới điện quốc gia.

“Năng lượng xanh biển – blue energy là một nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và chưa ai khai phá”, đồng tác giả nghiên cứu, Kristian Dubrawski nói. “Pin của chúng tôi là một bước tiến mới trong công nghệ lưu trữ năng lượng không cần màng bọc, không cần cơ chế vận hành vật lý hay một nguồn năng lượng đầu vào”.

Dubrawski làm việc cùng đồng tác giả nghiên cứu Craig Criddle, hiện là giáo sư ngành kỹ thuật môi trường, nổi tiếng với với những dự án tối ưu hóa công nghệ năng lượng; chính Criddle là người đưa sáng kiến ứng dụng hệ thống này vào các nhà máy xử lý nước thải bên bờ biển.

Còn ý tưởng về hệ thống pin sử dụng nước muối và nước ngọt tới từ hai nhà khoa học là Yi Cui và Mauro Pasta, hai người công tác trong lĩnh vực khoa học vật chất và kỹ thuật.

Nhà khoa học Yu Cui (trái) và Craig Criddle (phải).

Trong bài thử nghiệm, đội ngũ nghiên cứu quan sát kỹ càng khả năng tạo năng lượng từ tổ hợp giữa nước thải tới từ Nhà máy Quản lý chất lượng nước khu vực Palo Alto và nước biển lấy từ Vịnh Bán Nguyệt gần đó. Sau hơn 180 vòng sạc và xả, pin vẫn giữ được 97% hiệu năng.

Có thể lắp đặt công nghệ này tại bất cứ nơi nào có sự hiện diện của cả nước ngọt và nước mặn, nhưng việc thử nghiệm tại nhà máy xử lý nước thải quả là một quyết định sáng suốt, cung cấp một case study đầy giá trị. Nhà máy xử lý nước thải vốn ngốn nhiều năng lượng, chưa kể tới những hệ lụy có thể có mỗi khi mất điện.

Khi tặng cho những nhà máy xử lý nước ven biển một hệ thống cung cấp năng lượng khép kín, ta sẽ có một mũi tên trúng nhiều đích.

Nhà máy xử lý nước thải tại Los Angeles, nơi lý tưởng để áp dụng công nghệ mới.

Mỗi mét khối nước ngọt trộn với nước biển tạo ra khoảng 0,65 kilowat giờ điện, đủ cho 30 phút vận hành một căn nhà thông thường tại Mỹ. Trên lý thuyết, nếu áp dụng công nghệ mới với quy mô toàn cầu, lượng năng lượng có được từ các nhà máy xử lý nước thải ven biển sẽ đạt 18 gigawat, đủ để vận hành 1.700 căn nhà trong vòng một năm.

Nhóm nghiên cứu tại Stanford không phải nơi đầu tiên thành công trong sứ mệnh thu thập năng lượng xanh biển, điểm đáng chú ý là đây: họ ứng dụng công nghệ điện hóa mà không cần áp lực hay màng chắn. Khi tăng quy mô hệ thống đang được nghiên cứu này, ta vẫn sẽ thấy một công nghệ đơn giản, linh hoạt và không quá tốn kém.

Nhà máy xử lý nước thải tại Los Angeles, nơi lý tưởng để áp dụng công nghệ mới.

Đầu tiên, natri và clorua từ điện cực tìm được vào tới dung dịch, tạo ra dòng điện giữa hai điện cực. Sau đó, một lượng nước thải trộn lẫn nước biển sẽ đi vào điện cực, “sạc” thêm natri và clorua rồi đảo chiều dòng điện.

Ta có thể thu thập năng lượng khi tiến hành xả lượng nước thải trộn nước biển, không cần cấp thêm năng lượng cho hệ thống và cũng không cần sạc lại pin. Điều này có nghĩa hệ thống pin liên tục sạc và xả mà không cần năng lượng đầu vào.

Mỗi mét khối nước ngọt trộn với nước biển tạo ra khoảng 0,65 kilowat giờ điện, đủ cho 30 phút vận hành một căn nhà thông thường tại Mỹ.

Dù rằng những bài thử ban đầu cho thấy lượng năng lượng đầu ra vẫn khiêm tốn (khi tính tới sản lượng/diện tích điện cực), công nghệ vẫn có chỗ đứng khi ít ô nhiễm, đơn giản, tạo vòng lặp sạc-xả ổn định.

Các điện cực được cấu tạo từ hai loại vật liệu chính: xanh phổ – prussian blue, một thứ vật liệu được dùng nhiều trong thuốc nhuộm và thuốc giải độc, giá thành thấp hơn 1 USD/kg; thành phần còn lại là polypyrrole, một loại vật liệu thử nghiệm dùng trong chế tạo pin và một số thiết bị khác, giá thành mua sỉ chỉ dưới 3 USD.

Bên cạnh đó, hệ thống mới cũng không cần tới pin dự phòng, bởi lẽ hệ thống khá linh hoạt: những lớp phủ ngoài điện cực đảm bảo thiết bị không bị rỉ sét, bên cạnh đó không có cơ chế vận hành vật lý để phải lo lắng tra dầu mỡ hay bảo trì định kỳ. Thậm chí có thể chuyển lượng năng lượng thừa tới những nhà máy lân cận.

“Nhờ khoa học, ta có được một giải pháp tinh tế tuyệt vời cho một vấn đề vô cùng phức tạp”, nhà nghiên cứu Dubrawski nói. “Ta cần thử nghiệm ở quy mô lớn hơn, cho dù chưa thể ngay lập tức áp dụng công nghệ sản xuất năng lượng danh dương ở mức toàn cầu, nhưng đây vẫn là điểm xuất phát lý tưởng cho một công nghệ tiến bộ mới”.

Để xem khả năng của hệ thống pin mới tới được đâu, các nhà nghiên cứu đang tiến hành tăng quy mô, thử nghiệm xem một loạt pin sạc-xả cùng lúc sẽ hiệu quả tới mức nào.

Theo Trithuctre/moitruong.com.vn (2/8/2019)