Bài viết

Pin mặt trời có sản sinh điện vào ngày mưa?

Thực tế, các tấm pin mặt trời hấp thụ bức xạ từ ánh sáng mặt trời nên những ngày dù không có nắng, nhiều mây, mưa nhưng cường độ bức xạ tốt vẫn giúp pin mặt trời sản sinh được ra điện.

Theo các chuyên gia Công ty Cổ phần thương mại SolarGATES, trong một số trường hợp trời âm u nhưng bức xạ mặt trời cao vẫn sản sinh ra nhiều điện hơn trời nắng gắt do pin chịu hấp thụ kém hơn khi nhiệt độ tấm pin tăng cao quá 40 độ C.

Ngoài ra, hiểu lầm khác thường thấy về pin mặt trời là sau khi hết hạn sử dụng (khoảng 25 năm), pin mặt trời sẽ trở thành rác thải độc hại cho môi trường. Tuy nhiên, trên thực tế, thành phần cấu tạo của pin mặt trời gồm 76% thủy tinh, 10% plastic, 8% aluminium, 5% silicon, 1% kim loại.

Các vật liệu trên thường thấy trong sản xuất các đồ dùng trong đời sống hằng ngày, không phải rác thải độc hại như nhiều người vẫn nghĩ. Nguyên nhân dẫn đến nhận định trên có lẽ xuất phát từ hiểu lầm của tên gọi “pin” mặt trời làm nhiều người liên tưởng đến các loại pin tích điện thông thường và đưa sản phẩm vào diện nguy hiểm, cần được thu hồi gấp để xử lý.

Nhiều cơ quan kiểm soát ở các bang và liên bang Mỹ đã cho tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính nguy hại đến môi trường của pin mặt trời nhưng phần lớn các sản phẩm đều vượt qua các kiểm tra này và các cơ quan này không đưa pin mặt trời vào diện kiểm soát chất thải nguy hại.

Hiện nay, nhiều nhà máy sản xuất tấm pin mặt trời cũng đã và đang nghiên cứu quy trình tái chế tấm pin sau 25 năm, góp phần xây dựng phát triển năng lượng sạch bền vững.

M.P

https://petrotimes.vn/pin-mat-troi-co-san-sinh-dien-vao-ngay-mua-564933.html

Khám phá thiết bị đặc biệt có khả năng tạo ra điện từ không khí

Các khoa học tại Đại học Massachusetts tại Amherst (Mỹ) vừa phát triển thiết bị mới sử dụng protein tự nhiên để tạo ra điện từ độ ẩm trong không khí.

Thiết bị đặc biệt nói trên có tên Air-gen với cấu trúc tương tự một máy phát điện không khí bao gồm một màng mỏng dệt bằng các sợi dây protein (thin film of protein nanowires). Protein tự nhiên được nuôi cấy nhờ loài vi sinh vật Geobacter để tạo ra điện từ độ ẩm trong không khí.

Thiết bị này có thể hoạt động trong nhiều tháng và trong nhiều môi trường, kể cả trong bóng tối, trong nhà kín và thậm chí cả những nơi khô cằn như sa mạc Sahara. Trong tương lai, một công nghệ như vậy có thể sạc tất cả các thiết bị điện gia dụng. Việc tạo ra công nghệ này cũng có ý nghĩa quan trọng đối với tương lai của năng lượng tái tạo, biến đổi khí hậu và tương lai của y học.

“Chúng tôi thực sự tạo ra điện từ không khí mỏng. Air-gen tạo ra năng lượng sạch 24/7. Đây là ứng dụng tuyệt vời”, kỹ sư điện Jun Yao từ Đại học Massachusetts nói.

Cũng theo các nhà khoa học, phương pháp tạo ra điện từ không khí là một trong các phương pháp tái tạo năng lượng sạch và rẻ tiền. Công nghệ mới cho thấy kết quả tốt hơn khi được sử dụng trong môi trường có độ ẩm tương đối 45%.

Ưu điểm của công nghệ nói trên so với việc sử dụng năng lượng Mặt trời hoặc năng lượng gió là nó độc lập với thời tiết và hoạt động ngay cả trong nhà. Air-gen chỉ cần một màng mỏng gồm các dây nano protein dày dưới 10 micron. Đế của màng bao gồm một điện cực, và một điện cực nhỏ hơn bao phủ một phần màng từ phía trên. Màng hấp thụ bụi nước từ không khí. Sự kết hợp giữa tính dẫn điện và hóa học của các dây protein, cũng như lỗ rỗng giữa các dây tạo ra điều kiện phát sinh điện áp trong thời gian ít nhất hai tháng.

Nhóm nghiên cứu cho biết, một máy phát điện như vậy có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện nhỏ. Do đó, nhóm đang có kế hoạch tạo ra một miếng dán nhỏ gồm các dây nano để có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế gọn nhẹ, máy theo dõi thể dục và đồng hồ thông minh để giảm bớt dần việc sử dụng pin.


Ảnh minh họa

Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng của các nhà khoa học là tạo ra một hệ thống năng lượng quy mô lớn. Ví dụ, một lớp sơn có thể được phủ lên tường của một căn hộ để sạc lại tất cả các thiết bị điện gia dụng.

“Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các hệ thống quy mô lớn. Ví dụ, công nghệ có thể được tích hợp vào sơn tường có thể giúp cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn. Hoặc chúng tôi có thể phát triển các máy phát điện chạy bằng không khí. Một khi chúng ta đạt đến quy mô công nghiệp để sản xuất dây protein, chúng ta hoàn toàn mong đợi rằng có thể tạo ra các hệ thống lớn đóng góp cho sản xuất năng lượng bền vững”, một nhà khoa học nhấn mạnh.

Liên quan tới các nỗ lực tận dụng năng lượng từ không khí để sản xuất điện, trước đó, vào năm 2011, một doanh nhân người Úc là Roger Davey có ý tưởng tạo ra nguồn điện sạch từ khí nóng để cung cấp cho các hộ gia đình với mục đích chính là tạo ra nguồn năng lượng sạch, an toàn và không phát thải cacbon vào môi trường.

Roger Davey đã xây dựng một ngọn tháp năng lượng mặt trời khổng lồ cao 2.600 feet ở sa mạc Arizona. Tháp có chức năng thu nhận các luồng không khí nóng làm quay 32 tuabin, từ đó tạo nguồn năng lượng cơ khí. Nguồn năng lượng cơ khí này sau đó sẽ được chuyển đổi thành điện năng.

Mỗi ngọn tháp như vậy có thể tạo ra trung bình 200 MW điện/ngày, đủ cung cấp cho 100.000 hộ gia đình. Được biết, tháp khí nóng sẽ được xây bằng xi măng và chỉ thấp hơn so với tòa nhà chọc trời Khalifa Burj ở Dubai, có thể hoạt động được đến 80 năm, lâu hơn rất nhiều so với tuổi thọ của một tấm pin mặt trời. Tổng chi phí cho toàn bộ dự án vào khoảng 750 triệu USD. Tới năm 2012, các nhà khoa học Nga cũng đã phát minh ra một phương pháp mới để sản xuất nguồn điện liên tục từ không khí nhiễm tĩnh điện.

Trưởng phòng thí nghiệm của Viện Nông nghiệp Leonid Yuferev khẳng định rằng các thành viên của Viện đã thành công trong việc chuyển đổi tĩnh điện thành dòng điện một cách hiệu quả.

“Thực tế khí quyển nhiễm điện thì người ta đã biết cách đây hơn 200 năm. Tất cả các nghiên cứu được thực hiện từ lâu, hơn 100 năm trước. Bây giờ chúng tôi đề xuất không triệt tĩnh điện từ khí quyển, bởi vì điều đó đã được rất nhiều người làm. Chúng tôi nghiên cứu chế tạo các thiết bị sẽ chuyển đổi tĩnh điện thành dòng điện. Trong đề án của chúng tôi tĩnh điện từ bầu không khí được chuyển đổi thành điện bằng cách sử dụng công nghệ Tesla để nhận được dòng thông thường điện áp thấp tiêu chuẩn, nhằm sử dụng trong các hộ gia đình và một số ứng dụng công nghiệp”, ông Yuferev giải thích.

Ông Leonid Yuferev cho biết thiết bị thí nghiệm rất nhỏ gọn: “Thiết bị công suất 50 watt có kích thước khoảng 20x20x10 cm, có nghĩa là nó khá nhỏ. Trọng lượng của nó khoảng 1kg. Các kích thước của thiết bị tương ứng với công suất của nó. Nếu làm cho công suất mạnh hơn, tất nhiên, nó sẽ có kích thước lớn hơn”.

Theo Leonid Yuferev, triển vọng áp dụng thiết bị mới sẽ hữu ích tại các vùng sâu vùng xa, nơi kéo đường dây điện thông thường là không khả thi vì không kinh tế, mà ở đó không khí lại mang rất nhiều tĩnh điện. Ví dụ, ở vùng núi hoặc tại Nam Cực. Các chuyên gia khẳng định rằng đây sẽ là cách rẻ nhất để tạo ra năng lượng ở những nơi như vậy. Bằng cách này có thể áp dụng để cấp điện cho các hải đăng xa xôi.

Bảo Lâm (Theo Phys.org)
http://vietq.vn/kham-pha-thiet-bi-dac-biet-co-kha-nang-tao-ra-dien-tu-khong-khi-d169867.html

IEA & Kịch bản phát triển bền vững

Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) khuyến cáo: Tăng cường tiết kiệm năng lượng, giảm phụ thuộc vào dầu mỏ, phát triển năng lượng tái tạo – hệ thống năng lượng toàn cầu phải nhanh chóng và đồng loạt thực hiện những điều đó để hạn chế biến đổi khí hậu.

Fatih Birol, Giám đốc điều hành IEA, khẳng định trong báo cáo thường niên ngày 13-11-2019: “Thế giới cần khẩn trương tập trung vào việc giảm khí thải toàn cầu. Điều này đòi hỏi một sự đoàn kết to lớn từ các chính phủ, giới đầu tư, doanh nghiệp và tất cả những người cam kết giải quyết biến đổi khí hậu”.

Fatih Birol, Giám đốc điều hành IEA.

Năm 2018, nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng đáng kể, kéo theo lượng khí thải CO2 tăng theo, xu hướng này có thể sẽ tiếp tục trong năm 2019.

Như mọi năm, IEA công bố một số kịch bản: Kịch bản thứ nhất ngoại suy về các chính sách năng lượng hiện có. Kịch bản thứ hai tính đến những thay đổi do các mục tiêu chính trị đưa ra trong tương lai, nhưng vẫn chưa đủ. Chỉ có kịch bản thứ ba cho thấy những gì nên được thực hiện để hạn chế lượng khí thải theo các mục tiêu của Thỏa thuận Paris, nhằm ngăn chặn trái đất nóng lên không quá 2 độ C so với các mức của thời kỳ tiền công nghiệp. “Kịch bản phát triển bền vững này đòi hỏi những thay đổi nhanh chóng và rộng khắp trong toàn bộ hệ thống năng lượng, không có giải pháp đơn lẻ hay đơn giản nào để chuyển đổi các hệ thống năng lượng toàn cầu”, ông Fatih Birol nhấn mạnh.

Giả định rằng nhu cầu năng lượng vào năm 2040 thấp hơn so với hiện nay thông qua các nỗ lực tăng hiệu quả năng lượng. Nhưng việc tăng hiệu quả năng lượng không tiến triển đủ nhanh, IEA đã cảnh báo trong một báo cáo được công bố vào đầu tháng 11-2019. Theo đó, mức tăng của hiệu quả năng lượng chưa bao giờ chậm như năm 2018: Chỉ tăng 1,2%, thấp hơn mức 3% cần thiết.

Theo IEA, để đạt được các mục tiêu khí hậu đòi hỏi giảm sử dụng dầu mỏ và than, trong khi khí đốt phải tăng nhẹ trước khi bắt đầu giảm. Nhu cầu dầu mỏ phải giảm xuống còn 65 triệu thùng/ngày vào năm 2040, so với 97 triệu thùng/ngày vào năm 2018.

Mặt khác, điện phải phát triển và chiếm vị trí quan trọng nhất trong việc tiêu thụ năng lượng cuối cùng, để thay thế cho dầu mỏ vào năm 2040. Công suất điện lắp đặt mới chỉ nên dành cho các dự án năng lượng tái tạo – điện gió và điện mặt trời.

“Đưa hệ thống điện vào một con đường phát triển bền vững sẽ đòi hỏi nhiều hơn là chỉ lắp đặt thêm các nguồn năng lượng tái tạo”, IEA cảnh báo. IEA nhấn mạnh, trong năm 2019, các nguồn phát thải trong hệ thống năng lượng hiện tại, cụ thể là than, gây ô nhiễm cao, cần được tập trung giải quyết. Các nhà máy nhiệt điện than rất nhiều và chủ yếu mới mọc lên ở châu Á, có khả năng tiếp tục phát thải trong một thời gian dài.

Báo cáo công bố ngày 13-11-2019 của IEA tập trung vào vấn đề đó và xác định một số giải pháp. Đầu tiên là trang bị cho các nhà máy nhiệt điện than khả năng thu hồi và hấp thụ carbon. Nhưng công nghệ hiện tại làm được điều này vô cùng đắt đỏ, với 1 tỉ euro/gigawatt (GW). Thứ hai, các nhà máy nhiệt điện than chỉ nên giữ vai trò sản xuất bổ trợ để bảo đảm tính linh hoạt của hệ thống điện. Triệt để hơn là đóng cửa các nhà máy nhiệt điện than sớm hơn dự kiến.

Trong kịch bản bền vững, hầu hết 2.080 GW công suất điện than hiện tại của thế giới sẽ phải tuân thủ một trong những giải pháp trên, đó là cảnh báo của IEA.

Theo IEA, để đạt được các mục tiêu khí hậu đòi hỏi giảm sử dụng dầu mỏ và than, trong khi khí đốt phải tăng nhẹ trước khi bắt đầu giảm. Nhu cầu dầu mỏ phải giảm xuống còn 65 triệu thùng/ngày vào năm 2040, so với 97 triệu thùng/ngày vào năm 2018.

Theo S.P

https://nangluongquocte.petrotimes.vn/iea-kich-ban-phat-trien-ben-vung-556029.html

Tưởng giúp bảo vệ môi trường, xe điện lại có thể gây ra khủng hoảng ô nhiễm

Các nhà khoa học đã cảnh báo rằng nếu không nhanh chóng tái chế pin xe điện đúng cách thì chúng sẽ làm rò rỉ các hóa chất nguy hiểm vào môi trường.

Các nhà khoa học cảnh báo rằng pin xe điện bị loại bỏ đang tạo ra một núi rác thải khổng lồ có thể gây ra cuộc khủng hoảng ô nhiễm.

Xe điện được ca ngợi là một trong những công nghệ chính trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, nhưng một nghiên cứu mới tuyên bố rằng công nghệ tái chế đang vật lộn để theo kịp.

Điều này dẫn đến hàng ngàn tấn chất thải của pin chưa được xử lý tích tụ lại và có khả năng làm rò rỉ các hóa chất nguy hiểm vào môi trường.

Trong báo cáo, các nhà khoa học từ Đại học Birmingham kêu gọi các chính phủ và ngành công nghiệp phải “hành động ngay để phát triển một kế hoạch tái chế mạnh mẽ, có thể đáp ứng nhu cầu trong tương lai”.


Các nhà nghiên cứu cho biết hiện tại không có giải pháp nào để xử lý việc tái chế đúng cách những pin xe điện đã hết. (Ảnh minh họa)

Tiến sĩ Gavin Harper, tác giả nghiên cứu cho biết, nếu không có sự phát triển công nghệ tái chế lớn, hàng triệu chiếc xe điện được bán trong năm 2017 sẽ tạo ra 250.000 tấn chất thải pin chưa được xử lý trong suốt tuổi đời của chúng.

Ông nói thêm rằng, việc tái chế không hề đơn giản vì có sự đa dạng to lớn về hóa học, hình dạng và thiết kế của pin lithium-ion được sử dụng bởi xe điện. Để tái chế các pin này một cách hiệu quả, chúng phải được tháo rời và các dòng chất thải được phân tách thành các bộ phận cấu thành của chúng.

Cũng như lithium, pin cũng chứa một số kim loại có giá trị khác như coban, niken và mangan có thể được tái sử dụng, Tiến sĩ Harper cho biết.

Phân tích của Viện Faraday – viện nghiên cứu lưu trữ năng lượng điện hóa của Vương quốc Anh cho biết, nhu cầu về bộ pin xe điện có thể là cơ hội cho Vương quốc Anh.

Họ phát hiện ra rằng Vương quốc Anh có thể cần phải xây dựng 8 nhà máy Gigafactory (nơi sản xuất pin và động cơ xe điện) vào năm 2040 để phục vụ nhu cầu về pin xe điện.

Gigafactory là từ đầu tiên được sử dụng bởi chủ sở hữu Tesla Elon Musk để mô tả nhà máy khổng lồ sản xuất một lượng pin đáng kể được đo bằng giờ giga-watt.

Tiến sĩ Harper nói rằng Vương quốc Anh sẽ cần phát triển các nguồn cung cấp cho những vật liệu quan trọng cần thiết cho các loại pin này và vật liệu tái chế có thể đóng vai trò quan trọng.

Giáo sư Andrew Abbott, Đại học Leicester, cho biết: “Điện khí hóa chỉ 2% của đội xe ô tô toàn cầu hiện tại sẽ đại diện cho một dòng xe có thể trải dài quanh chu vi Trái đất – khoảng 140 triệu xe”.

Giáo sư Abbott cho biết việc tái chế pin sẽ tránh đặt gánh nặng lớn lên các bãi rác và giúp đảm bảo việc cung cấp nguyên liệu quan trọng cần thiết cho sản xuất pin trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu đề nghị phát triển các phương pháp sửa chữa và tái chế nhanh chóng, đặc biệt là việc lưu trữ pin điện quy mô lớn có khả năng không an toàn.


Đến năm 2040, các nhà nghiên cứu nói rằng Vương quốc Anh có thể có 8 nhà máy Gigafactory, tương tự như nhà máy Tesla được thấy ở đây, để sản xuất và tái chế pin xe điện.

Giáo sư Paul Christensen, thuộc Đại học Newcastle đang hợp tác với dịch vụ Cứu hỏa và Cứu hộ của Anh để phát triển các cách đối phó với các vụ cháy pin lithium-ion. Giám đốc Christensen nói: “Những pin này chứa lượng điện năng lớn và hiện tại chúng tôi vẫn chưa chuẩn bị kịch bản khi chúng đã hết.

Một trong những lĩnh vực nghiên cứu cho dự án này là xem xét tự động hóa và làm thế nào để có thể tháo dỡ pin một cách an toàn, hiệu quả và thu hồi các vật liệu có giá trị như lithium và coban.

Nhưng cũng có một vấn đề an toàn công cộng cần giải quyết khi pin EV đời thứ hai trở nên phổ biến rộng rãi hơn. Những gì chúng ta cần là một cái nhìn khẩn cấp về toàn bộ vòng đời của pin – từ việc đào các vật liệu lên khỏi mặt đất cho đến xử lý chúng một lần nữa ở khâu cuối cùng”.

Hương Giang (Theo dailymail)

http://vietq.vn/tuong-nhu-giup-bao-ve-moi-truong-nhung-xe-dien-lai-co-the-gay-ra-mot-cuoc-khung-hoang-o-nhiem-d165669.html

IEA dự báo khả quan về năng lượng tái tạo

Năm 2019, các công trình mới về năng lượng tái tạo trên toàn thế giới dự kiến sẽ tăng trở lại với mức tăng hai chữ số so với năm 2018, Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) cho biết hôm 20-9-2019.

Năng lượng tái tạo tăng trở lại

Trong năm 2019, công suất điện mặt trời, điện gió và thủy điện trên toàn cầu có thể tăng lần lượt là 113,7 GW, 57,6 GW và 17,8 GW, theo ước tính mới nhất của IEA. Nhìn chung, các công trình lắp mới năng lượng tái tạo có thể tăng gần 200 GW trong năm 2019, cao hơn khoảng 12% so với năm 2018.

Điện mặt trời đang có sự tăng trưởng nhanh chóng, mức tăng công suất mới ước tính là 17% trong năm 2019, so với tốc độ lắp đặt vào năm 2018. Sự không chắc chắn ở thị trường khổng lồ Trung Quốc sẽ được bù đắp bởi sự tăng trưởng mạnh mẽ không chỉ ở châu Âu (đặc biệt là Tây Ban Nha) mà còn ở Việt Nam, Nhật Bản, Ấn Độ và Mỹ, IEA cho biết.


Một công trình điện mặt trời đang được lắp đặt ở Pháp.

Mặt khác, điện gió trên bờ đang có sự tăng trưởng mạnh nhất kể từ năm 2015 về công suất lắp đặt mới, với ước tính 52,9 GW được lắp đặt vào năm 2019, cộng với 4,7 GW công suất điện gió ngoài khơi, là nhờ thị trường Mỹ, nơi các nhà khai thác đang đẩy nhanh việc phát triển các dự án trước khi chính sách ưu đãi tín dụng, thuế ở cấp liên bang kết thúc.

Theo Kịch bản bền vững của IEA, công suất năng lượng tái tạo phải tăng trung bình hơn 300 GW/năm trong giai đoạn 2018 đến 2030 mới đáp ứng được các mục tiêu của Thỏa thuận Paris (giữ nhiệt độ trái đất không tăng quá 20C).

Sự phát triển của điện mặt trời và điện gió thường được nhấn mạnh, nhưng chúng vẫn chỉ chiếm 1,8% và 4,4% sản lượng điện toàn cầu trong năm 2017, theo dữ liệu mới nhất của IEA, trong khi đó than chiếm 38,3%, thủy điện chiếm 16,3%.

Sự đóng góp của ngành điện trong quá trình chuyển đổi năng lượng sang ít phát thải carbon là có vai trò quan trọng. Tuy nhiên, tỷ lệ năng lượng phi hóa thạch trong hỗn hợp điện toàn cầu vào năm 2018 vẫn không thay đổi so với mức đạt được 20 năm trước, theo đánh giá thống kê mới nhất về năng lượng thế giới của BP công bố vào tháng 6-2019.

Năm 2018, lần đầu tiên tăng trưởng công suất năng lượng tái tạo được lắp đặt đã “đình trệ” kể từ năm 2001, lý do vì sự thay đổi trong chính sách ưu đãi cho năng lượng mặt trời ở Trung Quốc, nhằm hạn chế chi phí và quản lý tốt hơn việc tích hợp sản xuất năng lượng mặt trời trong lưới điện. Tốc độ tăng tốc trên thị trường điện mặt trời ở Trung Quốc vẫn không chắc chắn trong năm 2019, IEA cho biết.

Ngày 19-9-2019, Chính phủ Nga thông báo quyết định chi 725 tỉ rúp (1,1 tỉ USD) cho chương trình phát triển năng lượng tái tạo đến năm 2050. Trong đó, 400 tỉ rúp sẽ chi vào giai đoạn

2025-2030, điện gió 222 tỉ rúp (3 GW), năng lượng mặt trời 148 tỉ rúp (2,2 GW) và 30 tỉ rúp cho thủy điện nhỏ (170 MW).

Năng lượng tái tạo – Bao nhiêu là đủ?

Sản lượng năng lượng tái tạo đã tăng gấp 4 lần trên thế giới trong 10 năm qua. Nhưng điều đó vẫn không ngăn được lượng khí thải tăng lên, theo một báo cáo được công bố trước hội nghị thượng đỉnh Liên Hiệp Quốc về khí hậu ngày 6-9-2019.

Đầu tư cho điện gió, điện sinh khối, thủy điện, nhất là điện mặt trời, đạt được hơn 2.500 tỉ USD từ năm 2010 đến nay nhờ chi phí giảm, theo báo cáo thường niên do Trường Tài chính và quản lý Frankfurt và Bloomberg Tài chính năng lượng mới (BNEF) phối hợp với Chương trình môi trường của Liên Hiệp Quốc (UNEP) thực hiện.

Theo báo cáo này, không tính các đập thủy điện lớn hơn 50 MW, năng lượng tái tạo hiện có công suất 1.650 GW (so với 414 GW năm 2009) và tạo ra 12,9% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2018. Báo cáo liệt kê 30 quốc gia đã đầu tư hơn 1 tỉ USD vào năng lượng tái tạo trong giai đoạn này, đồng thời vẫn sử dụng rộng rãi nhiên liệu hóa thạch. Quốc gia đầu tư lớn nhất từ trước đến nay, Trung Quốc, nước phát thải CO2 lớn nhất thế giới, đã chi 760 tỉ USD cho năng lượng xanh kể từ năm 2010.

Kể từ năm 2009, chi phí để xây dựng các nhà máy điện mặt trời đã giảm 81% và điện gió trên bờ giảm 46%. Điều này giúp tăng khả năng cạnh tranh một cách ngoạn mục. Đối với Francoir d’Estais, thuộc UNEP, điều đó cho thấy sự chuyển đổi của ngành năng lượng đang được thực thi, nhưng nó không đủ nhanh để cho phép thế giới đáp ứng các mục tiêu về khí hậu và sự ấm lên của trái đất.

Năm 2018, năng lượng xanh đã giúp giảm được 2 tỉ tấn CO2 phát thải, báo cáo cho biết. Tuy nhiên, phát thải của ngành năng lượng nói chung cũng đã đạt mức kỷ lục 13,7 tỉ tấn CO2 tương đương, khiến thế giới càng rời xa các mục tiêu về khí hậu.

Theo Petrotimes.vn
https://nangluongquocte.petrotimes.vn/iea-du-bao-kha-quan-ve-nang-luong-tai-tao-551369.html

Pin mặt trời “Peropkit”: Tương lai của tương lai

Pin mặt trời là tương lai của ngành năng lượng, peropkit là tương lai của pin mặt trời. Peropkit được Tạp chí “Science” xếp vào 10 đột phá hàng đầu trong năm 2013 do có triển vọng tuyệt vời trong lĩnh vực chế tạo các tấm pin mặt trời.

Pin mặt trời

Các tấm pin mặt trời (PV) phổ biến nhất hiện nay được lắp ráp từ các tế bào quang điện được chế tạo trên cơ sở của nguyên tố silic (Si).

Pin mặt trời tạo ra điện nhờ hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng này được nhà vật lý người Pháp Alexander Edmond Becquerel (con trai của nhà vật lý Antoine Cesar Becquerel và cha của nhà vật lý Antoine Henri Becquerel – người đã nhận giải thưởng Nobel và phát hiện ra phóng xạ) phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839. Hơn 100 năm sau, việc sản xuất pin mặt trời đã đạt được bước đột phá trong phòng thí nghiệm của Bell, để tạo ra loại pin mặt trời phổ biến nhất.

Theo ngôn ngữ của vật lý chất rắn, pin mặt trời được tạo ra trên cơ sở chuyển đổi dạng p-n trong tinh thể silic. Sự chuyển đổi này được tạo ra bằng cách thêm một lượng nhỏ các khuyết tật khác nhau vào các khu vực khác nhau của mạng tinh thể. Giao diện giữa các khu vực này sẽ tạo ra sự chuyển đổi. Ở phía n, các electron mang dòng điện và ở phía p – là các lỗ trống không có electron. Trong các khu vực liền kề với giao diện, sự khuếch tán của các điện tích sẽ tạo ra điện thế bên trong. Khi một photon có đủ năng lượng đi vào một tinh thể, nó có thể đánh bật một electron ra khỏi nguyên tử và tạo ra cặp lỗ-electron mới. Electron vừa được giải phóng đó sẽ bị hút về phía các lỗ nằm ở phía bên kia của giao diện, nhưng vì điện thế bên trong của nó, nó không thể vượt qua được giao diện. Nhưng nếu các electron đó được cho đi qua một đường mạch bên ngoài, chúng sẽ chuyển động theo đường đó và tạo ra dòng điện. Đi đến phía bên kia, chúng sẽ tái hợp lại với các lỗ. Quá trình này tiếp tục xẩy ra khi có ánh sáng mặt trời.

Năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết được gọi là khoảng cách giải. Đây là điểm mấu chốt để hiểu tại sao các tế bào quang điện vốn có hiệu suất giới hạn. Khoảng cách dải là một tính chất không đổi của tinh thể và các tạp chất của nó. Các tạp chất được điều chỉnh sao cho khoảng cách dải của pin mặt trời gần với năng lượng photon từ phổ nhìn thấy.

Năng lượng photon được lượng tử hóa. Một photon có năng lượng nhỏ hơn khoảng cách dải (ví dụ, từ phần hồng ngoại của phổ) không thể tạo ra sóng mang điện tích. Nó chỉ đơn giản làm nóng tấm pin. Hai photon hồng ngoại cũng sẽ không kích hoạt được dòng điện, ngay cả khi tổng năng lượng của chúng là đủ. Một photon có năng lượng quá cao (ví dụ, từ vùng tử ngoại) sẽ đánh bật một electron, nhưng năng lượng dư thừa sẽ bị lãng phí.

Hiệu suất PV được định nghĩa là lượng điện nhận được chia cho năng lượng của ánh sáng trên một PV. Một phần đáng kể của năng lượng ánh sáng sẽ bị mất đi. Vì vậy, hiệu suất của PV không thể đạt tới 100%. Khoảng cách dải của pin mặt trời silicon là 1,1 eV. Theo sơ đồ của phổ điện từ, phổ nhìn thấy được nằm trong vùng cao hơn một chút, do đó, bất kỳ ánh sáng nhìn thấy được nào cũng sẽ cung cấp cho chúng ta điện. Nhưng điều này cũng có nghĩa là một phần năng lượng của mỗi photon bị hấp thụ sẽ bị mất đi và chuyển thành nhiệt.

Kết quả là, ngay cả với một tấm pin mặt trời lý tưởng được sản xuất trong điều kiện hoàn hảo, hiệu suất tối đa theo lý thuyết sẽ là khoảng 33%. Đối với các tấm PV có sẵn trên thị trường, hiệu suất thường ~20%.

Khoáng vật peropkit

Peropkit có công thức hóa học là CaTiO3 (titanat canxi) – một khoáng vật tương đối hiếm trên trái đất. Các tinh thể của peropkit có hình khối lập phương. Các tinh thể thường được gắn dọc theo các mặt của hình khối. Tùy thuộc vào các tạp chất, peropkit có màu khác nhau (đen xám, đen, nâu đỏ, đỏ lục bình, đỏ cam và vàng mật ong), có độ cứng 5,5÷6, mật độ: 3,97÷4,0 g/cm3. Trong thành phần của peropkit, nguyên tố canxi (Ca) có thể được thay thế bằng xeri (Ce), nguyên tố titan (Ti) – bằng niobi (Nb) và tantan (Ta), và có thể có các tạp chất khác, dẫn đến sự hình thành các khoáng vật cùng họ khác là papillit, disanalit và loparit.

Peropkit được Gustav Rosa phát hiện vào năm 1839 tại dãy núi Ural và được ông đặt tên để vinh danh một chính khách Nga là Bá tước L. A. Peropsky – một người sưu tầm khoáng vật. Khoáng vật peropkit có thể được tìm thấy ở bất kỳ lục địa nào trên Trái đất và trong các đám mây của ít nhất một ngoại hành tinh. Những vật liệu tổng hợp có cấu trúc tinh thể và có cấu trúc hóa học tương tự như peropkit tự nhiên cũng được gọi là peropkit.

Peropkit được tìm thấy chủ yếu trong đá phiến talc và chlorite; ở dạng vi cấu trúc trong đá có nguồn gốc núi lửa (đá bazan melilit, dung nham bazan). Các mỏ peropkit được phát hiện ở Urals (Nga), ở Tyrol (Áo), ở Thụy Sĩ, ở Phần Lan.

Cấu trúc của peropkit: A- canxi; B- titan; C- ôxy.

Peropkit là một khoáng vật gốc của titan, niobi và một số nguyên tố khác. Peropkit cũng rất nổi tiếng về cấu trúc tinh thể của nó. Các nguyên tử titan trong peropkit được đặt tại vị trí của một mạng tinh thể bị biến dạng yếu. Ở trung tâm của hình khối là các nguyên tử canxi. Các nguyên tử oxy hình thành các khối tám mặt gần như đều đặn xung quanh các nguyên tử titan, được kéo giãn ra một chút và hơi nghiêng so với các vị trí lý tưởng.

Trong số các hợp chất có cấu trúc của peropkit thường gặp là các oxit, các halogen, hợp chất intermetallic. Các vật liệu có các tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao, chất dẫn ion, cũng như nhiều vật liệu từ tính và dẫn điện đều có cấu trúc của peropkit (hoặc của các hợp chất của peropkit). Tùy thuộc vào các nguyên tố thành phần, peropkit thể hiện các tính chất hữu ích khác nhau, chẳng hạn như tính siêu dẫn, độ kháng từ rất cao và các tính chất quang điện. Việc sử dụng peropkit trong pin mặt trời có triển vọng rất lớn. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của peropkit trong các nghiên cứu tại phòng thí nghiệm đang tăng lên rất nhanh.

Các kết quả nghiên cứu về peropkit

Khi nói về peropkit, hầu hết chúng ta thường hiểu đó là cả một nhóm các chất có cấu trúc tinh thể ba phần giống nhau. Cấu trúc tinh thể này lần đầu tiên được phát hiện trong canxi titanate. Các chất như vậy hiếm khi được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng tinh khiết. Nhưng, ta có thể rất dễ thu được các chất như vậy từ rất nhiều các hợp chất khác và tinh thể peropkit có thể được “nuôi trồng” một cách nhân tạo. Mỗi một phần của cấu trúc peropkit có thể được tạo ra từ các nguyên tố khác nhau (như chì, bari, lantan, v.v…). Điều này cho phép tạo ra được rất nhiều “máy bắt photon” có thành phần khác nhau. Các nghiên cứu đã cho thấy, hợp chất của peropkit với một số kim loại kiềm cho phép tạo ra các tế bào quang điện có hiệu suất tới 22%. Tiềm năng về hiệu suất của các tế bào quang điện dựa trên cơ sở các hợp chất của peropkit được xác định tới 31%.

Việc ứng dụng peropkit trên thực tế không hề đơn giản. Ngay khi được phủ lên lớp màng mỏng, peropkit sẽ tinh thể hóa rất nhanh và gây khó khăn cho việc tạo ra một lớp nguyên tố đồng đều trên một diện tích rộng. Trong khi đó, nhiệm vụ chính trong chế tạo PV là tạo ra một diện tích lớn để hứng ánh sáng mặt trời nhưng vẫn phải duy trì được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.

Vào tháng 6 năm 2018, Toshiba đã sản xuất thử nghiệm được pin mặt trời màng mỏng peropkit với diện tích bề mặt lớn nhất và hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao nhất.

Bí mật lớn nhất về tính hấp dẫn của peropkit đã được phát hiện là khả năng phát triển các tinh thể có kích thước đến mili mét trên một màng mỏng một cách nhanh chóng và dễ dàng mà không có các khuyết tật. Đây là kích thước tinh thể được coi là lớn và lý tưởng để chế tạo ra các tấm pin mặt trời. Các tinh thể peropkit cho phép các điện tử chuyển động theo tinh thể mà không bị nhiễu.

Các nghiên cứu về peropkit hiện nay đều nhắm tới mục đích tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng bằng cách loại bỏ các khuyết tật trong cấu trúc của mạng tinh thể. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra cả một lớp nguyên tố có mạng tinh thể lý tưởng. Các nhà nghiên cứu của MIT (Massachusetts Institute of Technology) gần đây đã đạt được tiến bộ lớn trong lĩnh vực này. Họ đã khắc phục được các khuyết tật trong mạng tinh thể của peropkit bằng cách chiếu chúng bằng ánh sáng. Phương pháp này có hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp đã biết (dùng hóa học và dùng điện) nhờ không tiếp xúc với màng mỏng.

Việc chế tạo PV trên cơ sở peropkit đơn giản hơn so với sử dụng silic, nhưng peropkit lại có tốc độ phân rã nhanh hơn. Các nhà nghiên cứu đang tập trung giải quyết vấn đề phân rã này. Một nghiên cứu chung của Trung Quốc và Thụy Sỹ đã đưa ra được một phương pháp mới để tạo ra một tế bào quang điện từ peropkit, loại bỏ được sự cần thiết phải di chuyển các lỗ. Tế bào này là một lớp có tính dẫn bằng lỗ xuống cấp, nên vật liệu ổn định hơn nhiều.

Phòng thí nghiệm của Berkeley đã cho hay, tế bào quang điện peropkit khi đạt được hiệu suất lý thuyết là 31% vẫn có thể có giá thành rẻ hơn so với silic. Các nhà nghiên cứu đã đo độ quang dẫn và hiệu suất chuyển đổi của các bề mặt của các hạt khác nhau bằng kính hiển vi nguyên tử. Họ đã phát hiện ra rằng, các bề mặt khác nhau có hiệu suất rất khác nhau. Vì vậy, họ tin rằng có thể tìm ra phương pháp sản xuất các màng mỏng mà trên đó chỉ các bề mặt có hiệu suất cao nhất được kết nối với các điện cực. Điều này có nghĩa là sẽ chế tạo ra được các tế bào quang điện có hiệu suất tới 31% để làm nên cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực điện mặt trời.

Các nhà nghiên cứu của Toshiba đã chia các phần cần thiết để tạo ra PV peropkit thành các lớp là dung dịch chì iodua – PbI₂, và methyl ammonium hydroiodide – MAI. Đầu tiên, người ta phủ lớp nền bằng dung dịch PbI₂, và sau đó bằng dung dịch MAI. Nhờ vậy, người ta đã điều chỉnh được tốc độ tăng trưởng của tinh thể trên màng mỏng, và đã tạo ra được ra một lớp phẳng, mỏng có diện tích lớn.

Các tế bào quang điện peropkit dựa trên thiếc.

Công nghệ sản xuất PV peropkit của Toshiba.

Theo công nghệ trên, người ta tạo ra các loại “mực” từ các thành phần cấu thành của peropkit và bôi chúng lên bề mặt của màng mỏng (phim).

Triển vọng ứng dụng của ​peropkit

Mặc dù còn quá sớm để nói về các chỉ số kinh tế cụ thể của việc sử dụng peropkit, vì việc sử dụng rộng rãi vật liệu này trong các tấm pin mặt trời được dự đoán sau năm 2025, khoáng vật peropkit vẫn được coi là có đủ các điều kiện tiên quyết để thay thế silic trong một tương lai không xa.

Theo các chuyên gia của Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia của Mỹ (NREL), việc sản xuất các tấm PV peropkit sẽ rẻ hơn 10 lần so với silic. Lý do quan trọng, để sản xuất pin mặt trời silic thịnh hành, việc xử lý vật liệu ở nhiệt độ hơn 1400 độ cần phải có thiết bị tinh vi. Trong khi đó, peropkit có thể được kiểm soát trong dung dịch lỏng ở nhiệt độ 100 độ bằng thiết bị đơn giản.

PV peropkit do Toshiba chế tạo có diện tích 703 cm2, và đạt hiệu suất 12%.

Có hai ưu điểm khác của tế bào quang điện peropkit – tính linh hoạt và độ trong suốt. Nhờ đó, các PV peropkit có thể được lắp đặt ở nhiều nơi khác nhau: trên tường, trên nóc xe cộ, tòa nhà, trên cửa sổ và thậm chí trên quần áo.

Bằng cách điều chỉnh độ dày của lớp peropkit, ta có thể kiểm soát được độ trong suốt của PV peropkit để lắp đặt chúng cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, nó có thể được sử dụng trong việc che nhà kính: các thực vật sẽ vẫn nhận được đủ lượng photon cần thiết và nhà kính vẫn cung cấp được điện. Theo hướng này, các thí nghiệm xác định tỷ lệ ánh sáng hợp lý để cung cấp cho thực vật và để chuyển đổi thành điện năng đã được tiến hành ở Nhật Bản.

Một lĩnh vực ứng dụng khả thi khác là lắp các PV peropkit cho các ô tô chạy điện. Mặc dù chúng ta đang ở giai đoạn đầu của con đường này, nhưng đã có những thành tựu đầu tiên. Các nhà khoa học của Viện Western Reserve thuộc Đại học Cayes (Ohio, Hoa Kỳ) đã thử nghiệm sử dụng PV dựa trên peropkit để sạc lại pin cho xe điện. Họ đã kết nối 4 PV dựa trên peropkit với pin lithium. Khi kết nối để sạc pin lithium-ion cỡ nhỏ bằng đồng xu, nhóm các nhà khoa học đã đạt được hiệu suất chuyển đổi là 7,8%, bằng một nửa so với pin mặt trời màng mỏng thông thường.

Những dải ruy băng từ các PV peropkit có thể sẽ được dùng để trang trí cho áo sơ mi hoặc áo khoác. Việc ứng dụng peropkit trên chất nền polyurethane cho hiệu suất hấp thụ ánh nắng mặt trời đạt 5,72%.

Ở Nga, ở qui mô phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã tiến xa hơn với peropkit. Các kết quả nghiên cứu ở Nga còn cho thấy, vật liệu peropkit có thể là một nguồn phát tốt và phù hợp để tạo ra ánh sáng. Các nhà khoa học của Viện Thép và Hợp kim Matxcơva (MISiS) và Đại học Công nghệ Thông tin, Cơ học và Quang học St. Petersburg đã phát triển một PV peropkit có thể hoạt động đồng thời như pin và đèn LED. Cơ sở của ứng dụng này là halogen peropkit. Để chuyển đổi chức năng, chỉ cần thay đổi điện áp cung cấp cho thiết bị: ở mức đến 1.0 V, nguyên mẫu sẽ hoạt động như một pin mặt trời và nếu cung cấp hơn 2.0 V, chế độ LED sẽ được bật.

Trong tương lai, các nhà khoa học có thể phát triển các màng thủy tinh có 2 tính năng: tạo ra năng lượng vào ban ngày và phát ra ánh sáng vào ban đêm. Trong trường hợp này, để giữ được độ trong suốt của kính, độ dày màng thủy tinh tối đa không vượt quá 3 micron.

Ngoài ra, các halogen polimer tổ hợp của bismuth và antimon được các nhà khoa học của Viện Hóa học vô cơ mang tên A.V. Nikolaev, Viện Vật lý hóa học (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga) nghiên cứu và phát triển có thể trở thành nguyên lý chung cho việc chế tạo các chất bán dẫn trong tương lai. Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nga cho phép chế tạo được những tấm pin mặt trời có hệ số chuyển đổi năng lượng cao kỷ lục. Các chất bán dẫn này của Nga khác với chất bán dẫn tương tự (do các nhà khoa học Trung Quốc nghiên cứu năm 2018) ở chỗ chúng không chứa nguyên tố chì độc hại.

Nhóm Kỹ thuật phân tử vật liệu chức năng (GMF) của Thụy Sỹ đã đưa ra bảng so sánh dễ hiểu như sau về tương lai của PV peropkit so với các loại PV khác:

Các loại PV mặt trời

CdTe

CIGS

c-Si

Peropkit

Chi phí vật liệu thô

thấp

trung bình

thấp

thấp

Chi phí vật liệu cuối cùng

thấp

cao

cao

thấp

Chi phí chế tạo

trung bình

trung bình

cao

thấp

Thời gian hoàn vốn năng lượng

trung bình

cao

cao

thấp

Chi phí năng lượng so sánh

trung bình

cao

cao

thấp

Hiệu suất

trung bình

trung bình

cao

cao

Mức độ độc hại

trung bình

trung bình

thấp

cao

Tính đa dạng/phong phú

thấp

thấp

cao

cao

Nguồn: Nhóm Kỹ thuật phân tử vật liệu chức năng (GMF), Thụy Sĩ

Ghi chú:

1/ CdTe – một hợp chất tinh thể ổn định, được hình thành từ cadimi và telluri, được sử dụng làm vật liệu bán dẫn trong quang điện cadmium telluride và thường được kẹp với cadmium sulfide tạo thành một PV tiếp giáp p-n.

2/ CIGS – vật liệu bán dẫn gồm đồng, indi, gali và selen (một dung dịch rắn của đồng indium selenide và đồng gallium selenide).

3/ C-Si- crystalline silicon.

Bảng trên cho thấy, về hầu hết tất cả các khía cạnh, peropkit đều vượt trội so với các đối thủ cạnh tranh, bao gồm giá thành điện trung bình trong suốt vòng đời của pin mặt trời (chi phí LCOE). Nhược điểm duy nhất là việc xử lý các tấm PV đã qua sử dụng do độc tính của các hợp chất peropkit.

Tóm lại, peropkit có thể giúp mở rộng tương lai của năng lượng mặt trời không chỉ do tính kinh tế của nó, mà còn do phạm vi ứng dụng rộng hơn nhiều (ngoài công nghiệp, đô thị và nông nghiệp, các tấm PV dựa trên peropkit có thể được sử dụng ngay cả trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là sản xuất đồ điện tử mini, đồ gia dụng và thậm chí cả quần áo). Một khi phạm vi ứng dụng càng rộng, độ mở thị trường càng cao, peropkit sẽ càng đáp ứng được mong đợi của chúng ta hôm nay là làm giảm đáng kể giá thành điện mặt trời.

Theo nangluongvietnam.vn

http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/pin-mat-troi-peropkit-tuong-lai-cua-tuong-lai.html