Bài viết

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

Nhựa sinh học, nguyên liệu mới trong sản xuất của ngành nhựa

Polyme là các phân tử được tìm thấy dưới các dạng cao su và nhựa. Các loại polyester và polymer chúng ta dùng hầu hết là sản phẩm từ nhựa tổng hợp. Hầu hết các nhựa tổng hợp có nguồn gốc từ nguyên liệu hóa thạch và không có khả năng phân hủy sinh học.

Trong khi đó, nguồn nguyên liệu hóa thạch cũng có giới hạn. Với giá dầu tăng cao và mối đe dọa của sự biến đổi khí hậu hiện nay, sản phẩm nhựa sinh học sẽ là một trong những sự lựa chọn thay thế nhựa truyền thống đồng thời góp phần nâng cao sức khỏe và bảo vệ môi trường.

Ảnh minh họa

Nhựa sinh học có nguồn từ thực vật (polylactic acid (PLA)) từ ngô, lúa mì, củ cải, v.v có khả năng tự hủy được dùng trong sản xuất bao bì thực phẩm, dụng cụ ăn uống và nhiều sản phẩm khác. Phát triển sản xuất các sản phẩm nhựa sinh học đang là hướng phát triển mới cho ngành nhựa thế giới do các nước phát triển như Mỹ, EU, Nhật Bản, v.v đang có nhu cầu tiêu thụ lớn đối với loại sản phẩm này. Tuy nhiên, bảo đảm an ninh lương thực sẽ là vấn đề thách thức đối với công nghệ mới này.

Việc sử dụng các nguyên liệu như mùn cưa, dăm, bào, bột gỗ, v.v vào sản xuất tạo các sản phẩm hỗn hợp có giá trị kinh tế cao đang được nhiều nước áp dụng. Hiện nay, Thailand, Malaysia, Đài loan, Trung Quốc, v.v đã sản xuất được những sản phẩm có giá trị kinh tế cao từ hỗn hợp nhựa bột gỗ, mùn cưa, dăm bào, v.v. Một số tập đoàn lớn như Krauss Maffei- Berstorff, Battenfeld, Cincinati, v.v. đã giới thiệu các thiết bị gia công tấm thanh từ vật liệu composite nhựa- gỗ với những sản phẩm đa dạng về hình dáng, phong phú về màu sắc và tiện ích trong sử dụng nội thất và ngoài trời.

Quan điểm phát triển ngành nhựa Việt Nam là phải đạt hiệu quả cao và bền vững, gắn liền với bảo vệ môi trường. Chất thải phải được quản lý và xử lý nghiêm ngặt, theo quy định của pháp luật trước khi thải ra môi trường. Công nghệ sản xuất phải đạt trình độ tiên tiến, đồng bộ và áp dụng công nghệ sản xuất sạch hơn vào sản xuất nhằm giảm chất thải và nguyên nhiên liệu tiêu thụ.

Do đó việc nghiên cứu sử dụng nhựa sinh học, hỗn hợp nguyên liệu trong sản xuất các sản phẩm nhựa để tiết kiệm, hạ giá thành sản phẩm hiện đang là mối quan tâm của các doanh nghiệp nhựa Việt Nam.

Theo Thúy Huỳnh/scp.gov.vn (17/10/2019)

Mọi hoạt động trực tuyến đều làm tăng lượng khí thải nhà kính

Nhà cung cấp phần mềm diệt virus nổi tiếng thế giới MacAffee cảnh báo rằng mọi hoạt động trực tuyến hằng ngày – trong đó có việc gửi email –  của bạn cũng đều là tác nhân giúp tăng lượng khí thải nhà kính trên toàn thế giới. Vậy làm cách nào để giảm thiểu tác động tiêu cực từ những hoạt động này đến môi trường?

Ô nhiễm môi trường từ hoạt động trực tuyến

Nhà cung cấp phần mềm diệt virus nổi tiếng thế giới MacAffee trong một báo cáo của mình đã chỉ ra rằng: lượng điện năng cần thiết để truyền đi hàng nghìn tỷ thư rác được gửi hàng năm tương đương với năng lượng dành cho hai triệu gia đình ở Hoa Kỳ và tạo ra cùng một lượng khí thải nhà kính bằng với ba triệu chiếc xe hơi.

Câu chuyện này cũng xảy ra với hầu hết mọi hoạt động trực tuyến mà bạn thực hiện hàng ngày. Khí nhà kính được tạo ra để chạy máy tính, máy chủ và bộ định tuyến, cũng như lượng khí thải phát ra khi thiết bị được sản xuất.

Thực trạng đáng lo ngại đến mức nào và tại sao?

Năm 2018, toàn ngành công nghệ thông tin và truyền thông chiếm 6 đến 10% lượng điện tiêu thụ, hoặc 4% lượng khí thải nhà kính trên toàn cầu. Và con số này vẫn tiếp tục tăng 5-7% mỗi năm! Một trong số những nguyên nhân chính dẫn tới sự tăng trưởng này là do sự chuyển dịch thói quen lưu trữ dữ liệu, từ các thiết bị vật lý sang điện toán đám mây (cloud).

Người ta cho rằng, việc giảm thiểu chất thải rắn trong ngành công nghiệp số bằng cách chuyển dữ liệu lên môi trường trực tuyến là một cách tốt để bảo vệ môi trường, nhưng thực tế thì họ đã nhầm.

Càng ngày, mỗi người trong số chúng ta đẩy lên cloud ngày một nhiều dữ liệu, đồng nghĩa với việc đòi hỏi một không gian lớn hơn và năng lượng nhiều hơn đối với máy chủ lưu trữ. Tuy nhiên, một phần trong số những dữ liệu mà bạn tạo ra này, có thể sẽ mãi mãi không bao giờ được ngó ngàng tới hoặc được sử dụng rất hạn chế.

Trong khi đó để duy trình hoạt động ổn định của chỉ một bộ định tuyến cũng đã tiêu tốn 10.000 watt (10 kW). Một trung tâm dữ liệu rất lớn sẽ đạt mức tiêu thụ gần 100 triệu watt (100 MW), tương đương với một phần mười sản lượng trung bình của một nhà máy nhiệt điện.

Trên thực tế, lượng điện năng này được sử dụng để chạy các máy chủ, các mạch điện tử phải được làm mát bằng điều hòa không khí.

Chính bạn cũng là một tác nhân

Một email 1MB trong toàn bộ vòng đời của mình, từ lúc soạn thảo cho đến khi bị xóa sẽ phát ra 20g CO2, tức là tương đương với một bóng đèn sợi đốt 60W được thắp trong 25 phút.

Với trung bình khoảng 20 email mỗi ngày, 365 ngày/năm, mỗi người dùng tạo ra lượng khí thải CO2 tương đương với một chiếc xe hơi di chuyển trong 1000km.

Mỗi lượt tra cứu trên các công cụ tìm sẽ tiêu thụ 3,4 Wh tương đương 0,8g CO2. Nhưng con số tổng số tăng lên 10g nếu công cụ đưa ra được 5 kết quả. Như vậy, có thể tạm tính là, nếu một người dùng web thực hiện trung bình 2,6 tìm kiếm trên web mỗi ngày, người này thải ra 9,9 kg CO2 tương đương mỗi năm.

Đối với hoạt động duyệt web (lướt web), một người dùng internet trung bình hàng năm sẽ cần khoảng 365 kWh điện và 2.900 lít nước, tương ứng với lượng CO2 thải ra khí quyển khi bạn di chuyển 1.400 km bằng ô tô.

Mỗi 2 giờ bạn dành để xem video trên Youtube bằng màn hình plasma 24’ sẽ phác thải 440 g CO2 tương đương với lượng phác thải của một xe ô tô trong 1,6 km. Con số tương ứng lần lượt là 68g CO2 và 176g CO2 đối với màn hình LCD 15’ hoặc 32’.

Làm thế nào để tôi giảm thiểu tác động đến môi trường?

Vì việc ngừng sử dụng internet cho các hoạt động thường ngày là bất khả thi, nên hãy cùng tham khảo những cách đơn giản dưới đây để tự mình giảm thiểu tác động tiêu cực từ những hoạt động này đến môi trường nhé:

1. Giảm kích thước của tài liệu bạn gửi qua email để giảm trọng lượng của tin nhắn.

2. Sử dụng các đường dẫn (Hyperlink) thay vì nén và đính kèm các tài liệu có dung lượng lớn.

3. Hạn chế lan truyền các nội dung không có giá trị (meme hài hước, thư spam, thông tin chưa kiểm chứng, etc).

4. Thường xuyên xóa các email đã được xử lý và dọn sạch thùng rác.

5. Hủy đăng ký nhận bản tin nếu bạn không có/còn nhu cầu đọc chúng.

6. Trực tiếp nhập địa chỉ của một trang web nếu bạn biết nó thay vì thông qua một công cụ tìm kiếm.

7. Giảm số lượng trang bạn xem bằng cách sử dụng các từ khóa cụ thể.

8. Bookmark những website bạn thường xuyên lui tới để không phải mất nhiều thời gian cho việc tìm kiếm truy cập.

9. Thường xuyên sử dụng các ứng dụng giúp tối ưu hóa trên điện thoại thông minh của bạn. Chúng có thể giúp bạn thứ nhất, tắt tính năng chạy ngầm của rất nhiều ứng dụng và thứ hai, giúp dọn dẹp không gian bộ nhớ bị chiếm dụng một cách không cần thiết trong khi không xóa bất kỳ dữ liệu quan trọng nào của bạn.

Theo Thanh Thảo/moitruong.com.vn/Spiderum (28/10/2019)

Biến CO2 thành nguyên liệu làm chai lọ, giấy gói hoặc vải vóc

Các nhà khoa học ở ĐH Kyoto (Nhật Bản) đã phát triển công nghệ cho phép biến CO2 thành polymer hữu cơ, sau đó có thể được biến đổi thành nguyên liệu làm chai lọ, giấy gói hoặc vải vóc.

Phương pháp mới dựa trên việc hút các phân tử CO2 trong khí quyển và không gây tốn nhiều năng lượng. Vật liệu sau đó có thể được biến đổi thành nguyên liệu làm chai lọ, giấy gói hoặc vải vóc.

“Vũ khí” bí mật ở đây là chuỗi polymer xốp (PCP) được tạo ra từ ion kẽm. Những ion này có khả năng giữ các phân tử CO2 hiệu quả hơn 10 lần so với các polymer khác. Hơn nữa, vật liệu này còn có thể tái sử dụng và tiếp tục có hiệu quả lớn sau 10 lần tái chế.

Làm thế nào thu giữ và tái tạo CO2 mà không tốn nhiều năng lượng?

“Chúng tôi đã thiết kế thành công loại vật liệu polymer xốp, có khả năng giữ các phân tử CO2 với hiệu quả cao; đồng thời có thể nhanh chóng biến thành các vật liệu hữu cơ có ích” – nhà khoa học Ken-ichi Otake ở ĐH Tokyo cho biết.

Ý tưởng cô lập carbon (hay còn gọi là thu giữ carbon) đã xuất hiện từ khá lâu; tuy nhiên tính hoạt động yếu của CO2 khiến cho việc thu giữ và tái tạo mà không tốn nhiều năng lượng trở nên rất khó khăn. PCP có thể là giải pháp để vượt qua rào cản này.

Dựa trên phân tích cấu trúc, các nhà khoa học thấy rằng khi các phân tử CO2 di chuyển đến gần PCP, cấu trúc phân tử của chúng xoay tròn và thay đổi, khiến cho carbon bị giữ lại trong PCP.

Vật liệu PCP hoạt động như một cái sàng phân tử, có khả năng nhận biết phân tử theo kích thước và hình dạng. Sau khi kết thúc quá trình, vật liệu này có thể tái sử dụng hoặc tái chế như polymer hữu cơ.

Phương pháp cô lập carbon mới này có thể trở nên đặc biệt hữu ích trong tương lai. Chính vì thế mà các nhà khoa học ở ĐH Tokyo vẫn đang tiếp tục nghiên cứu.

Theo Thanh Thảo/moitruong.com.vn/Giaoducthoidai (25/10/2019)

Tìm ra hỗn hợp kim loại lỏng có thể làm sạch môi trường

Các nhà khoa học phát hiện ra một bí mật: chất xúc tác kim loại lỏng có triển vọng to lớn trong việc thu carbon và làm sạch các chất ô nhiễm, trong khi nó sử dụng rất ít năng lượng, thậm chí có thể được tạo ra trong nhà bếp gia đình.

Kết quả nghiên cứu của Đại học New South Wales (UNSW) Sydney vừa công bố cho biết: Không cần đến phòng thí nghiệm, chất xúc tác kim loại lỏng có thể giải quyết các vấn đề môi trường bằng cách thu giữ carbon dioxide, khử trùng nước và làm sạch các chất ô nhiễm và có thể dễ dàng tạo ra trong nhà bếp.

Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications, theo đó các kỹ sư hóa học của UNSW đã làm sáng tỏ thế giới bí ẩn của kim loại lỏng với vai trò là chất xúc tác để tăng tốc các quá trình hóa học sử dụng lượng năng lượng thấp.

Giáo sư Kourosh Kalantar-Zadeh ở Đại học Công nghệ Hóa học của UNSW nói rằng: “Bất kỳ ai có bình lắc và bếp nấu ở trong căn bếp của họ đều tạo ra chất xúc tác có thể được sử dụng để chuyển đổi CO2, làm sạch nước và các chất ô nhiễm khác. Họ có thể làm điều này bằng cách sử dụng một sự kết hợp các kim loại lỏng như gallium, indium, bismuth và thiếc trong các hợp kim có thể nóng chảy dưới 300 ºC trên bếp hoặc trong lò nướng.”

Giáo sư Kalantar-Zadeh và đồng nghiệp là Tiến sĩ Jianbo Tang đã chỉ ra bằng cách nung nóng một hợp kim bismuth và thiếc, điểm nóng chảy của hợp kim đó thấp hơn nhiều so với việc bạn nung nóng từng kim loại. Những chất hoạt động như thế được cho là eutectic.

“Hợp kim eutectic là hỗn hợp các kim loại tạo ra điểm nóng chảy thấp nhất tại một tổ hợp cụ thể”, Tiến sĩ Tang nói. “Ví dụ, nếu chúng ta kết hợp bismuth ở 57% và thiếc ở 43% thì chúng tan chảy ở 139 ºC. Nhưng bản thân chúng, cả bismuth và thiếc, đều có điểm nóng chảy trên 200ºC.”

Giáo sư Kalantar-Zadeh cho biết, tỷ lệ pha trộn cụ thể của các chất eutectic tạo ra sự hỗn loạn tự nhiên tối đa ở cấp độ nano, từ đó đưa điểm nóng chảy xuống. Quá trình cũng có thể làm việc theo cách khác. Các chất kim loại eutectic đã ở dạng lỏng, có thể hóa rắn ở một nhiệt độ thấp hơn điểm hóa rắn bình thường của mỗi kim loại.

Giáo sư Kalantar-Zadeh cho biết thêm, chính sự hỗn loạn tối đa này giúp chúng ta củng cố các kim loại lỏng một cách tự nhiên để tạo ra rất nhiều khiếm khuyết trong vật liệu mà hoạt động “xúc tác” được tăng cường đáng kể.

Kim loại lỏng và môi trường

Hợp kim kim loại lỏng có thể được sử dụng để loại bỏ hoặc trung hòa các khí thải ô nhiễm trong môi trường cũng như thu giữ carbon trong khí thải CO2. Thiếc, gali và bismuth khi ở dạng lỏng có thể được sử dụng làm điện cực để chuyển đổi carbon dioxide thành các sản phẩm phụ hữu ích. Một ứng dụng môi trường khác là sau khi nung nóng kim loại lỏng để tạo ra oxit, các chất này cũng có thể được sử dụng để hấp thụ năng lượng từ ánh sáng, cho phép chúng phá vỡ các chất gây ô nhiễm trong nước.

Điều làm cho kim loại lỏng trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong việc giải quyết các vấn đề môi trường trong khi chúng có thể được sản xuất với giá rẻ, tốn ít năng lượng và môi trường công nghệ thấp.

Giáo sư Kalantar-Zadeh nói: “Nhiều người trên thế giới có thể kiếm được kim loại như thiếc và bismuth. Cách này dễ dàng, rẻ tiền và ít đòi hỏi công nghệ tiên tiến để có thể xử lý và chuyển đổi chúng thành các vật liệu hữu ích như chất xúc tác. Ngoài ra, làm việc với kim loại lỏng cũng rất thú vị”.

Trong khi kim loại lỏng nổi tiếng nhất – thủy ngân – cực kỳ nguy hiểm, thì một kim loại lỏng như gallium hoàn toàn không độc hại và tan chảy ở gần hoặc tại nhiệt độ phòng, nơi ta có thể sử dụng để chuyển đổi vật liệu này sang vật liệu khác với năng lượng sử dụng rất thấp. Kim loại lỏng này là bí quyết có thể giải quyết rất nhiều vấn đề mà loài người chúng ta đang vật lộn, vị giáo sư này nói.

Được biết Giáo sư Kalantar-Zadeh vừa nhận học bổng Laureate của Hội đồng nghiên cứu Úc (ARC), học bổng này sẽ tài trợ cho nghiên cứu sâu hơn về kim loại lỏng trong bốn năm nữa.

Cách tạo ra chất xúc tác kim loại lỏng

Thành phần: hợp kim eutectic, nước.

Lấy hợp kim kim loại eutectic cho vào một cái chảo đun trên ngọn lửa lớn.

Khi kim loại tan chảy, cẩn thận đổ nó vào một lọ nước và đậy chặt nắp.

Lắc kim loại lỏng và nước với nhau để tạo ra các giọt kim loại lỏng trong nước giống như quá trình trộn dầu và giấm để tạo ra giọt dầu trong dấm.

Để các giọt kim loại này rắn lại thành dạng bột và bây giờ có thể sử dụng nó như một xúc tác trong quá trình chuyển đổi điện hóa CO2.

Theo moitruong.com.vn/Nhandan (14/10/2019)

Xu hướng phát triển kinh tế xanh ở Việt Nam và thế giới

Từ năm 2000, đã bắt đầu làm quen với xu hướng phát triển kinh tế xanh của thế giới, một số ít các dự án năng lượng xanh được triển khai ở dạng thử nghiệm.

Kinh tế xanh và xu hướng phát triển kinh tế xanh trên thế giới

Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP) đã đưa ra khái niệm về kinh tế xanh như sau: “Nền kinh tế xanh là kết quả mang lại phúc lợi cho con người và công bằng xã hội, nó có ý nghĩa giảm những rủi ro môi trường và khan hiếm sinh thái”. Phát triển một nền kinh tế xanh thực chất là vì con người, đảm bảo phúc lợi cao nhất, đạt mục tiêu công bằng về mặt xã hội và hạn chế tối đa những tác động xấu đến môi trường và hệ sinh thái, giúp tôn tạo, phát triển hệ sinh thái tự nhiên.

Xu hướng phát triển công nghiệp xanh

Xu hướng phát triển công nghiệp xanh tập trung vào 2 mục tiêu chính là hạn chế phát thải khí CO2, hóa chất độc hại từ các khu công nghiệp, khu chế xuất ra ngoài môi trường; đồng thời, nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng mới, máy móc kỹ thuật mới thân thiện với môi trường.

Phát triển ứng dụng năng lượng sạch trong các ngành công nghiệp

Việc ứng dụng các nguồn năng lượng sạch vào sản xuất công nghiệp như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh học đã và đang được nhiều nước, nhất là các nước phát triển đặc biệt quan tâm. Trong xu hướng phát triển công nghiệp xanh, các nước đang tập trung phát triển nhiên liệu biogas. Nhiên liệu biogas là năng lượng tái tạo từ các chất hữu cơ, chất thải chăn nuôi, bùn thải, có thể thay thế điện hay các nhiên liệu đốt trong để vận hành máy móc, dây chuyền sản xuất mà không gây ô nhiễm môi trường. Đây được coi là một nghiên cứu ứng dụng khả thi, giảm dần sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch có hại cho môi trường.

Khuyến khích sản xuất máy móc, thiết bị thân thiện với môi trường

Những thập kỷ gần đây, vấn đề tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường cùng những quy định khắt khe về khí thải đã khiến ngành công nghiệp ô tô đặt ra một câu hỏi: Làm thế nào để sản xuất được động cơ giá thành rẻ, tiết kiệm nhiên liệu, ít gây ô nhiễm môi trường mà vẫn đảm bảo tính năng vận hành? Động cơ điện, năng lượng mặt trời, đã được phát minh, tuy đây là nguồn năng lượng sạch nhưng lại rất khó ứng dụng. Và động cơ hybrid ra đời đã phần nào trả lời cho câu hỏi trên. Tuy động cơ hybrid chưa hoàn toàn “sạch” nhưng động cơ này đã mang lại nhiều giá trị to lớn cho nhân loại. Những chiếc xe ô tô hybrid sử dụng động cơ tổ hợp gồm 1 động cơ điện kết hợp với 1 động cơ đốt trong đã được nghiên cứu sản xuất cho ra thị trường. Động cơ đốt trong với nhiên liệu là xăng hoặc diesel như thông thường, còn động cơ điện hoạt động nhờ dòng điện tái tạo từ động cơ đốt trong hoặc từ nguồn pin trên xe…

Xu hướng phát triển nông nghiệp xanh

Mục tiêu của nông nghiệp xanh là gia tăng năng suất cây trồng, vật nuôi, đồng thời bảo đảm các giá trị “xanh” đối với môi trường và “an toàn” đối với con người. Với công nghệ sinh học, phân bón sinh học, hoạt chất sinh học quản lý sâu bệnh, áp dụng những tiến bộ trong canh tác và nghiên cứu về giống, kỹ năng thâm canh mới, xử lý và chế biến sinh khối, nông nghiệp xanh đang là xu hướng tất yếu ngày nay.

Xu hướng phát triển dịch vụ xanh

Trong lĩnh vực dịch vụ, các quốc gia trên thế giới ngày càng chú trọng xây dựng và khai thác các loại hình dịch vụ gắn với gìn giữ, bảo vệ cảnh quan thiên nhiên và môi trường. Du lịch bền vững đang phát triển mạnh mẽ. Nhu cầu tiêu dùng gia tăng, các nhà cung cấp dịch vụ du lịch triển khai ngày càng đưa ra nhiều chương trình du lịch “xanh”, trong khi các chính phủ cũng đang đẩy mạnh triển khai xây dựng những chính sách nhằm khuyến khích hoạt động du lịch bền vững. Một trong những tiêu chí hàng đầu của du lịch xanh được đưa ra là “Dịch vụ du lịch kết hợp bảo tồn đa dạng sinh học, hệ sinh thái và cảnh quan tự nhiên”.

Xu hướng phát triển kinh tế xanh ở Việt Nam

Tại Việt Nam, kể từ năm 2000, đã bắt đầu làm quen với xu hướng phát triển kinh tế xanh của thế giới, một số ít các dự án năng lượng xanh được triển khai ở dạng thử nghiệm. Sau một thời gian tìm hiểu và học tập kinh nghiệm của các quốc gia về phát triển kinh tế xanh, Việt Nam nghiên cứu và triển khai dự án 3R (Reduce – giảm thiểu, Reuse – tái sử dụng, Recycle – tái chế) quá trình và kết quả nghiên cứu được các chuyên gia nước ngoài đánh giá tốt về mặt lý thuyết. Tiếp nối sự phát triển năng lượng xanh của các quốc gia trên thế giới, hiện nay, Việt Nam đã bắt đầu triển khai các dự án năng lượng sinh học…

Với lợi thế nằm trong khu vực nhiệt đới, gió mùa, có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào, năng lượng gió phong phú, sinh vật tăng trưởng nhanh là lợi thế sẵn có cho Việt Nam tham gia vào các chương trình mục tiêu thiên niên kỷ để hướng tới xây dựng một “nền kinh tế xanh” phát triển bền vững.

Theo Thanh Thảo/moitruong.com.vn (5/10/2019)