Các kỹ sư tại Đại học Oregon đã đưa ra một phương pháp mới lưu trữ năng lượng nhiệt mặt trời để giảm chi phí năng lượng và khiến cho việc sử dụng phổ biến nguồn nhiệt năng này trở nên thực tế.

Đột phá này dựa vào sự sáng tạo về tích trữ nhiệt hóa, trong đó biến đổi hóa học được sử dụng trong các chu kỳ lặp để giữ nhiệt, sử dụng nhiệt làm quay tuabin và sau đó lại được làm nóng để tiếp tục chu kỳ.

Về mặt khái niệm, tất cả năng lượng sản sinh có thể được lưu trữ vô thời hạn và sử dụng về sau vào thời điểm cần có điện. Ngoài ra, một phần năng lượng có thể được sử dụng ngay và phần còn lại được lưu trữ để sử dụng sau. Lưu trữ năng lượng sẽ giúp giải quyết một trong những yếu tố quan trọng hạn chế sử dụng rộng rãi năng lượng mặt trời bằng cách loại bỏ nhu cầu sử dụng điện ngay lập tức.

Nhiệt điện mặt trời được chú ý nhiều hơn vì nó có tiềm năng giảm chi phí. Trái ngược với pin mặt trời thông thường sản xuất điện trực tiếp từ ánh nắng mặt trời, nhiệt năng mặt trời được sinh ra khi một nhà máy điện mặt trời trong đó có hàng mẫu gương phản xạ chính xác ánh nắng mặt trời lên bộ thu năng lượng mặt trời. Năng lượng đó đã làm nóng chất lỏng quay tuabin để sản xuất điện.

Công nghệ này hấp dẫn vì nó an toàn, lâu dài, thân thiện với môi trường và không sản sinh khí thải nhà kính. Chi phí, độ tin cậy và hiệu suất là những trở ngại chính.

“Các hợp chất mà chúng tôi đang nghiên cứu, có tiềm năng lớn giảm chi phí và tăng hiệu suất”, Nick AuYeung - PGS kỹ thuật hóa học và là đồng tác giả nghiên cứu nói. “Trong các hệ thống này, hiệu suất năng lượng liên quan mật thiết đến việc sử dụng nhiệt độ cao nhất có thể. Các loại muối nóng chảy hiện đang được dùng để lưu trữ nhiệt năng mặt trời chỉ hoạt động ở mức khoảng 6000C và cũng cần có các thùng chứa lớn và chất ăn mòn. Hợp chất mà chúng tôi đang nghiên cứu, có thể được sử dụng ở mức nhiệt 1.2000C và có hiệu suất gấp đôi hệ thống hiện có. Triển vọng này mở ra tiềm năng cho bước đột phá thực sự trong lưu trữ năng lượng”.

Theo Nick AuYeung, lưu trữ nhiệt hóa giống như pin, trong đó các liên kết hóa học được dùng để lưu trữ và giải phóng năng lượng, nhưng trong trường hợp này, việc truyền tải dựa vào nhiệt mà không phải điện.

Hệ thống mới xoay quanh việc phân hủy thuận nghịch stronti cacbonat thành stronti oxit và carbon dioxide, tiêu thụ nhiệt năng. Trong lúc xả, sự tái kết hợp của oxit stronti và cacbon dioxide giải phóng nhiệt lưu trữ. Các vật liệu này dễ cháy, sẵn có và an toàn với môi trường.

So với các phương pháp hiện có, hệ thống mới cho phép tăng gấp 10 lần mật độ năng lượng, lại nhỏ hơn nhiều và có chi phí sản xuất rẻ hơn. Hệ thống mới hoạt động ở nhiệt độ cao như vậy lần đầu tiên được sử dụng làm nóng trực tiếp không khí để làm quay tua bin nhằm sản xuất điện và sau đó nhiệt dư thừa được dùng để tạo ra hơi nước làm quay tua bin khác.

Trong các thử nghiệm tại lab, vấn đề nảy sinh là khi công suất lưu trữ năng lượng của quá trình này giảm sau 45 chu kỳ sưởi ấm và làm mát do một số thay đổi trong các vật liệu cơ bản. Sẽ cần nghiên cứu sâu hơn để xác định cách tái xử lý vật liệu hoặc tăng đáng kể số chu kỳ có thể được thực hiện trước khi có bất cứ hoạt động tái xử lý nào.

Ngoài ra, cũng cần có các cải tiến khác để kiểm tra hệ thống trên quy mô lớn và giải quyết các vấn đề như sốc nhiệt, trước khi nguyên mẫu có thể sẵn sàng cho thử nghiệm tại phòng thí nghiệm quốc gia.

Nguồn: Tạp chí KH&CN Việt Nam, ngày 11/11/2015.