Dù là năng lượng dùng để thắp sáng, chạy máy điều hòa hay để chạy xe, đa phần các nguồn năng lượng hiện nay đều có nguồn gốc hóa thạch. Tuy nhiên, than và dầu sắp tới có thể sẽ được thay bằng các nguồn năng lượng mới sạch hơn như tảo, đá nóng… và việc sử dụng năng lượng cũng sẽ hiệu quả hơn nhờ các công nghệ mới như pin kẽm, đèn LED đom đóm.
Nhiên liệu tảo
Sử dụng nhiên liệu tảo để chạy xe là mục tiêu hấp dẫn của nhiều dự án trong những năm qua, nhưng một số thất bại và một số đang ì ạch trên con đường thương mại hóa. Tuy nhiên 2013 có thể sẽ là năm đột phát với việc sản xuất nhiên liệu tảo bắt đầu đạt quy mô đủ để cạnh tranh với xăng dầu.
Đầu năm nay, liên doanh Solazyme Bunge Produtos Renováveis giữa công ty Solazyme của Mỹ với tập đoàn chế biến thực phẩm Bunge của Brazil đã được phê duyệt khoản vay trị giá 120 triệu USD từ Ngân hàng Phát triển Brazil để xây dựng nhà máy sản xuất dầu tảo quy mô thương mại đầu tiên tại Brazil. Nhà máy dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong quý IV năm 2013, công suất ban đầu khoảng 100.000 tấn dầu tảo/năm, và sẽ tăng lên 300.000 tấn/năm vào cuối năm 2016.
Solazyme cũng có kế hoạch sớm đưa nhiên liệu tảo ra thị trường Mỹ với nhà máy ở Clinton (bang Iowa). Nhà máy này dự kiến sản xuất 20.000 tấn dầu tảo mỗi năm vào đầu năm 2014, sau đó sẽ tăng lên 100.000 tấn mỗi năm.
Một công ty khác, Sapphire Energy cũng đang tìm cách vượt qua ngưỡng sản lượng thương mại. Từ giữa năm rồi các nhà máy ở Columbus bang New Mexico của công ty này đã bắt đầu sản xuất dầu tảo, sản lượng của nhà máy dự kiến đạt 6 triệu lít dầu vào năm 2014, và có thể đạt đến 1,6 triệu lít/ngày vào năm 2018.
Sapphire và Solazyme sản xuất dầu tảo theo hai phương pháp khác nhau. Solazyme nuôi tảo trong thùng lên men đóng kín, còn Sapphire nuôi tảo ở những ao lớn ngoài trời. Nuôi tảo ở những ao ngoài trời về lý thuyết có thể rẻ hơn nhưng phải đối phó với việc ô nhiễm và các yếu tố khác bên ngoài.
Ngoài ra còn phải kể đến công ty Synthetic Genomics, “đứa con” của Craig Venter, chuyên gia hàng đầu về gen. Venter là người đầu tiên lập được bản đồ gen người, cùng với nhóm nghiên cứu của mình tạo ra tế bào vi khuẩn tổng hợp đầu tiên trên thế giới. Synthetic Genomics đã có được hợp đồng nghiên cứu lên đến 600 triệu USD với Exxon. Venter cho rằng chỉ có cách tổng hợp (nhân tạo) tảo mới đủ để sản xuất nhiên liệu sinh học quy mô lớn và cạnh tranh được với xăng dầu. Hợp đồng với Exxon mới chỉ là bước đầu để nghiên cứu tế bào tảo tự nhiên, Venter hy vọng Exxon sẽ tiếp tục tài trợ nghiên cứu tế bào tảo tổng hợp.
Biết đâu Venter đúng và rồi sẽ có một giống tảo hoàn toàn mới cho hiệu suất chiết xuất dầu cực cao.
Năng lượng địa nhiệt
Không có nhiều công ty tham gia lĩnh vực năng lượng địa nhiệt - khai thác đá nóng sâu dưới lòng đất để lấy năng lượng và sản xuất điện, một phần vì chi phí đắt đỏ, một phần vì cần nhiều loại giấy phép và phải báo cáo tác động môi trường. Tuy nhiên, AltaRock Energy, một công ty non trẻ hiếm hoi gần đây đã thực hiện bước đột phá quan trọng có thể dẫn đến việc thương mại hóa năng lượng địa nhiệt.
Năng lượng địa nhiệt có tiềm năng to lớn nhưng lâu nay vẫn bị xem là “lĩnh vực hẹp”. Một nghiên cứu cách đây vài năm của Viện Công nghệ MIT cho thấy công nghệ địa nhiệt tăng cường có thể tạo ra 100 GW điện (100 GW tương đương với công suất của 100 nhà máy nhiệt điện lớn) vào năm 2050 nếu được đầu tư nghiên cứu và phát triển hợp lý. Nhưng do chỉ sử dụng các hệ thống địa nhiệt truyền thống nên các nguồn phát điện địa nhiệt hiện nay bị "kẹt" ở những vùng cách biệt có hoạt động địa nhiệt tự nhiên.
Năng lượng địa nhiệt không "thất thường" như năng lượng mặt trời hay năng lượng gió, có thể sản xuất điện 24/7 kể cả khi mặt trời lặn hay đứng gió. Than đá và khí đốt được sử dụng rộng rãi chính là vì khả năng cung cấp năng lượng ổn định.
Được Google, công ty đầu tư của Paul Allen (đồng sáng lập Microsoft) và nhiều nhà đầu tư khác hậu thuẫn, AltaRock Energy đang nghiên cứu công nghệ địa nhiệt thế hệ mới. Công nghệ này khoan giếng sâu vào lòng đất, bơm nước lạnh xuống làm nứt đá nóng và sinh ra nguồn năng lượng địa nhiệt “không tự nhiên có", không như với các hệ thống địa nhiệt truyền thống khai thác nguồn địa nhiệt tự nhiên như suối nước nóng.
AltaRock Energy đã đạt được một thành công quan trọng: có thể tạo ra nhiều khu địa nhiệt kích thích từ một giếng khoan – “điều chưa từng thực hiện được trước đây”. Việc tạo được nhiều khu địa nhiệt từ một giếng khoan có nghĩa có thể sinh ra nhiều năng lượng địa nhiệt hơn và giá thành trở nên rẻ hơn.
Nếu mọi thứ đi đúng hướng, AltaRock dự định xây dựng một nhà máy điện quy mô lớn tại Bend bang Orgeon (Mỹ) trong năm sau. Công ty hiện đang kêu gọi tài trợ từ các đối tác chiến lược quan tâm đến việc thương mại hóa công nghệ này.
Pin kẽm
Hãy hình dung vòng FuelBand của Nike nhỏ bằng chiếc nhẫn, hoặc chiếc điện thoại di động mỏng như thẻ tín dụng. Những loại thiết bị mỏng, nhỏ hoặc có hình dạng khác thường đó có thể chế tạo được nếu có loại pin vừa mỏng vừa dẻo và đủ mạnh (để cấp nguồn cho thiết bị). Bởi vì, pin mới chính là rào cản đối với thiết kế của các thiết bị điện tử hiện đại.
Pin lithium thông thường có rất nhiều thành phần cần niêm kín để tránh phát tán chất lithium có hoạt tính cao ra môi trường. Chính điều này làm cho pin lithium cứng và cồng kềnh. Ngay cả những máy tính xách tay mỏng nhất như Macbook Air hay máy tính bảng như iPad cũng gặp phải những hạn chế về thiết kế do kích thước và trọng lượng của pin. Vòng FuelBand của Nike nếu nhìn kỹ (ảnh bên trái) bạn sẽ thấy pin (lithium) là phần duy nhất không uốn cong được.
Tin vui cho các nhà sản xuất thiết bị: từ một nghiên cứu của Đại học California, sử dụng kẽm thay cho lithium và kỹ thuật in lụa, công ty Imprint Energy đã chế tạo ra loại pin sạc mới siêu mỏng có thể giải phóng rào cản của pin.
Imprint Energy sử dụng kẽm làm anode (cực dương) của pin, kết hợp với chất điện phân polymer đặc và cực âm làm bằng oxit kim loại. Các ion kẽm đi từ cực dương đến cực âm qua chất điện phân, tạo nên phản ứng hóa học tập hợp các electron dọc theo đường đi.
Kẽm đã được sử dụng trong pin từ lâu nhưng việc chế tạo pin kẽm sạc có khó khăn do kẽm khi kết hợp với chất điện phân lỏng tạo nên các sợi tinh thể nhỏ ngăn cản phản ứng sạc. Imprint Energy giải quyết trở ngại này bằng cách sử dụng chất điện phân polymer rắn.
Kẽm hoạt tính thấp, ít tác động tới môi trường, vì vậy pin có ít “thành phần đóng gói" hơn và có thể làm mỏng hơn (có thể chế tạo chỉ dày cỡ sợi tóc). Loại pin mỏng, nhỏ này có thể cấp nguồn cho các miếng nhãn thông minh như nhãn dán phát hiện độ tươi của thực phẩm chẳng hạn. Pin kẽm cũng an toàn và ít độc hại hơn so với pin lithium. Nhóm nghiên cứu tại Imprint có thể làm việc trên pin kẽm ở ngoài trời chứ không cần phải ở trong phòng lab. Đây là lựa chọn an toàn cho các thiết bị mà người ta nằm, ngồi, mang trên người hoặc cấy trong cơ thể.
Một sáng tạo khác của Imprint Energy đó là áp dụng công nghệ in lụa để in pin. Hầu hết pin hiện nay được chế tạo bằng cách phủ vật liệu lên phôi kim loại, sau đó lắp các tế bào pin vào. Công nghệ của Imprint Energy cho phép in vật liệu pin như mực lên những tấm màn hình dạng bất kỳ.
Với loại pin mới đa dạng, mỏng và ít độc hại, các nhà sản xuất có thể chế tạo các loại thiết bị mới nhỏ gọn hơn, nhiều chức năng hơn. Tuy vẫn còn quá sớm nhưng có thể nói loại pin mới sẽ đem đến đột phá trong thiết kế thiết bị điện tử, có thể tạo nên những loại thiết bị hoàn toàn mới. Ngành công nghiệp thiết bị điện tử mang trên người (như dòng sản phẩm FuelBand, FitBit và Misfit Shine) có thể sẽ thu lợi được nhiều nhất từ loại pin mới này, ngành này đang nổi lên và có thể trở thành xu hướng chủ đạo trong vài năm tới.
Hiện Imprint Energy chỉ mới sản xuất pin mẫu cho khách hàng tiềm năng, khoảng 2-3 năm nữa sẽ mở rộng quy mô sản xuất thương mại và cấp phép công nghệ của mình.
LED đom đóm
Hàng tỷ năm tiến hóa tạo nên một số kết cấu khá hiệu quả. Đom đóm có bộ vảy lởm chởm bao quanh phần thân phát sáng, cấu tạo này làm tăng sự phát sáng.
Phỏng theo cấu tạo đó, các nhà khoa học tại trường Đại học Namur (Bỉ) đã nghiên cứu chế tạo thành công lớp áo ngoài cho đèn LED có thể giúp tăng độ phát sáng lên gấp rưỡi.
Lớp áo này có thể sử dụng với các công nghệ LED hiện tại, nghĩa là các nhà sản xuất đèn LED sẽ không phải đầu tư mới từ đầu. Thị trường LED đang bắt đầu chín muồi, trước tiên ở phân khúc cao ốc thương mại, sau đó sẽ sớm phổ biến ở phân khúc nhà ở.
Mô phỏng sinh học - hay lấy tự nhiên làm cảm hứng cho thiết kế hiệu quả - cũng là một lĩnh vực đang phát triển, đặc biệt là đối với công nghệ năng lượng sạch.
Mạng thông minh chống trộm điện
Mỗi năm các công ty điện lực trên toàn thế giới mất hàng tỷ USD do trộm điện, được biết đến với thuật ngữ "thất thoát phi kỹ thuật". Đây là vấn đề mà Awesense giải quyết. Công ty Canada này thành lập cuối năm 2009, đã phát triển giải pháp sử dụng cảm biến gắn trên đường dây điện kết nối qua mạng không dây kết hợp với ứng dụng dựa trên đám mây cho phép giám sát từ xa lượng điện mà công ty điện lực đang truyền tải đối chiếu với lượng điện tiêu thụ được tính cước, qua đó biết được "doanh thu đang bị thất thoát".
Chi phí đầu tư cho hệ thống mạng như vậy khá rẻ nên Awesense quyết định cung cấp dịch vụ phát hiện trộm điện “trả sau” – lắp đặt miễn phí cho các công ty điện, và hưởng phần trăm trên doanh thu thu hồi được.
Awesense hy vọng danh sách khách hàng quốc tế của mình sẽ tiếp tục mở rộng trong năm nay, trộm điện đang vấn đề lớn ở nhiều nơi trên thế giới. Hiện Awesense có khách hàng tại Canada, Mỹ và châu Mỹ La tinh. |  |
P.NGUYỄN, STINFO Số 4/2013